Nghiên cứu xây dựng phương pháp tối ưu hóa chế độ cắt cho gia công phay và thực nghiệm áp dung

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu luận văn khoa học của tôi.
Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực, các thông số,
kết quả đo được là hoàn toàn chính xác và chưa được công bố ở bất kỳ công trình
nghiên cứu nào khác.

Tác giả

Nguyễn Đăng Dũng


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Nội dung

Thứ nguyên

Ra

Sai lệch prophin trung bình cộng

m

Rz

Chiều cao nhấp nhô tế

m

t0

Chiều sâu cắt

mm

t

Độ sâu phay

mm

B

Chiều rộng phay

mm

S

Lượng chạy dao

mm/vg

Sz

Lượng chạy dao răng

mm/răng

Sph

Lượng chạy dao phút

mm/ph

Z

Số răng dao phay

n

Số vòng quay

v/ph

D

Đường kính dao phay

mm

v

Vận tốc cắt

m/ph

Pz

Lực cắt

M

Mô mem xoắn trục chính

N

Công suất cắt khi phay

KG
KGm
KW


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1

Cấp nhẵn bóng theo TCVN 2511- 95

Bảng 2.2

Cấp độ nhẵn ứng với các phương pháp gia công

Bảng 2.3

Mức độ biến cứng ứng với các phương pháp gia công

Bảng 3.1

Bảng quy hoạch thực nghiệm

Bảng 4.1

Thông số kỹ thuật của máy phay CNC – 180 FANUC

Bảng 4.2

Thành phần hóa học thép C45

Bảng 4.3

Bảng tính toán

Bảng 4.4

Quy hoạch thực nghiệm

Bảng 4.5

Các giá trị tính toán


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1

Mô hình tác động trong quá trình tạo phoi

Hình 1.2

Các bề mặt gia công và1 số loại dao trên máy phay

Hình 1.3

So sánh dao tiện và răng dao phay

Hình 1.4

Các rạng răng của dao phay

Hình 1.5

Các thành phần của răng dao phay

Hình 1.6

Sơ đồ hình thành đường xoắn ốc

Hình 1.7

Hướng các rãnh xoắn ốc

Hình 1.8

Dao phay kiểu mới

Hình 1.9

Các loại dao phay mặt đầu

Hình 1.10

Cấu tạo dao phay mặt đầu

Hình 1.11

Thông số lớp cắt khi phay bằng dao mặt đầu

Hình 1.12

Lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu

Hình 1.13

Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ

Hình 1.14

Sơ đồ mòn dao phay mặt đầu

Hình 1.15

Máy phay đứng

Hình 1.16

Máy phay đứng điều khiển theo chương trình số

Hình 1.17

Chiều quay của dao phay và mặt đầu

Hình 1.18

Phay mặt phẳng nghiêng bằng dao phay mặt đầu

Hình 1.19

Đầu dao đứng phụ

Hình 1.20

Sơ đồ phay hốc

Hình 1.21

Phay rãnh then

Hình 1.22

Sơ đồ phay rãnh chữ T

Hình 2.1

Các yếu tố hình học của lớp bề mặt

Hình 2.2

Các chỉ tiêu đánh giá độ nhám bề mặt

Hình 2.3

Các giai đoạn mài mòn của một cặp ma sát

Hình 2.4

Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết ma sát (tiếp xúc với nhau

Hình 2.5

Quan hệ giữa lượng mòn ban đầu và Ra

Hình 2.6

Quá trình ăn mòn hóa học trên lớp bề mặt cho tiết máy


Hình 2.7

Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô và lượng tiến dao khi tiện

Hình 2.8

Ảnh hưởng của hình dáng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt
đến nhấp nhô bề mặt khi tiện.

Hình 2.9

Ảnh hưởng của lượng chạy dao S đối với chiều sâu biến cứng

Hình 2.10

Ảnh hưởng của vận tốc cắt (V) đến chiều cao nhấp nhô tế vi(Rz)

Hình 2.11

Ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) đến chiều cao nhấp nhô tế v i (Rz)

Hình 2.12

Phân tích hệ lực tác dụng khi bào

Hình 2.13

Ảnh hưởng của lượng tiến dao (S) và bán kính

Hình 2.14

Ảnh hưởng của góc trước tới biến cứng bề mặt

Hình 4.1

Máy phay CNC - 180

Hình 4.2

Máy đo độ nhám SJ.400

Hình 4.3

Dao phay ngón D=25mm

Hình 4.4

Thực nghiệm phay thép C45 bằng dao phay ngón D25

Hình 4.5

Kết quả đo độ nhám trên máy SJ.400

Hình 4.6

Đồ thị quan hệ giữa Ra, S và V

Hình 4.7

Đồ thị quan hệ giữa Ra, S và t

Hình 4.8

Đồ thị quan hệ giữa Ra, t và V


PHẦN MỞ ĐẦU
1- TÊN ĐỀ TÀI.
Nghiên cứu xây dựng phương pháp tối ưu hóa chế
độ cắt cho gia công phay và thực nghiệm áp dụng
2- CƠ SỞ ĐỂ LỰA CHỌN ĐỀ TÀI.
Để thực hiện được mục tiêu “Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước” thì việc
phát triển khoa học công nghệ nói chung và khoa học công nghệ trong cơ khí nói
riêng càng trở nên quan trọng và cấp thiết hơn bao giờ hết. Trên thế giới chúng ta

đang chứng kiến sự phát triển như vũ bão của cuộc cách mạng “ Công nghiệp hóa,
hiện đại hóa”. Sự phát triển của tất cả các ngành kỹ thuật trong đó phải kể đến
ngành cơ khí chế tạo.
Để nâng cao tính cạnh tranh trong quá trình hội nhập toàn cầu này, mỗi doanh
nghiệp cơ khí chế tạo muốn tồn tại được, cần phải phát triển theo hướng hạ thấp giá
thành chi phí gia công trên cơ sở đảm bảo và nâng cao chất lượng sản phẩm. Như
chúng ta đã biết để đảm bảo và nâng cao chất lượng sản phẩm, thì việc lựa chọn chế
độ cắt hợp lý cho máy công cụ là rất quan trọng.
Từ trước đến nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm tìm ra chế độ cắt
hợp lý khi gia công trên máy công cụ nhằm sản xuất ra các sản phẩm cơ khí tối ưu
nhất. Tuy nhiên do tính chất phức tạp của từng loại dụng cụ cắt, máy công cụ nên
kết quả nghiên cứu vấn đề này vẫn còn rất nhiều hạn chế. Vì vậy tiếp tục nghiên
cứu chế độ cắt hợp lý cho từng loại dụng cụ cắt, máy công cụ để sản xuất ra các sản
phẩm cơ khí có hiệu quả kinh tế cao vẫn là rất cần thiết cho ngành công nghệ chế
tạo máy.
3- MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.
Mục đích nghiên cứu của đề tài được xác định: Xây dựng phương pháp tối ưu
hóa chế độ cắt cho gia công phay, xác định chế độ cắt tối ưu cho quá trình phay khi
gia công một loại vật liệu (Thép C45) từ đó góp phần nâng cao hiệu quả khai thác
sử dụng máy phay nói chung và máy phay đứng nói riêng trong ngành cơ khí chế
tạo.

1


4- NỘI DUNG ĐỀ TÀI.
Xuất phát từ đề tài nghiên cứu, luận văn này có nội dung như sau:
-

Nghiên cứu tổng quan về nguyên công phay, về các loại máy phay

-

Nghiên cứu về chất lượng chỉ tiêu đánh giá bề mặt

-

Phương pháp tối ưu hóa chế độ cắt cho gia công phay theo hàm mục tiêu chất
lượng bề mặt

-

Thực nghiệm tối ưu hóa chế độ cắt cho gia công thép C45 bằng dao phay ngón.

-

Một số kết luận của đề tài và các đề suất cho hướng nghiên cứu tiếp theo.

5- PHẠM VI NGHIÊN CỨU.
Máy phay, dao phay, vật liệu gia công có nhiều loại. Nên việc nghiên cứu xây
dựng chế độ cắt tối ưu cho gia công phay sẽ cần rất nhiều thời gian và nhiều công
trình nghiên cứu. Do thời gian cũng như điều kiện không cho phép nên đề tài này
chỉ đi sâu nghiên cứu quá trình phay mặt phẳng trên vật liệu là thép C45 bằng dao
phay ngón gắn mảnh hợp kim trên máy phay đứng CNC.
6- PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
Khi nghiên cứu dùng phương pháp xây dựng lý thuyết cơ sở kết hợp với nghiên

-

cứu thực nghiệm.

Nghiên cứu lý thuyết để tìm hiểu mối quan hệ giữa các yếu tố chế độ cắt với độ

-

nhám bề mặt gia công
Thực nghiệm cắt thử để kiểm chứng cơ sở lý thuyết về mối quan hệ giữa chế độ

-

cắt với độ nhám bề mặt.
7- Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI.
-

Kết quả nghiên cứu xây dựng chế độ cắt tối ưu cho gia công phay có ý nghĩa
thực tiễn trong nghiên cứu khoa học cũng như trong sản xuất như sau:

+ Làm cơ sở cho việc nghiên cứu các khía cạnh khác của quá trình cắt
+ Kết quả có thể được sử dụng để tham khảo, áp dụng đối với nhóm sản phẩm
được chế tạo bằng thép 45 nhằm góp phần vào việc nâng cao năng suất và hạ giá
thành sản phẩm.

2


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG PHAY
1.1. PHƢƠNG PHÁP PHAY
1.1.1. Khái niệm về quá trình cắt kim loại:
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 cắt 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 (Hình 1-1) bao
gồm:
1- Vùng biến dạng thứ nhất:
Là vùng vật liệu phôi nằm trước mũi
Phoi

dao, được giới hạn giữa vùng vật liệu
phoi và vùng vật liệu phôi. Dưới tác

h*

Mặtph?ng
phẳngtru?t
trượt
M?t

dụng của lực tác động, trước hết

Dao
2
1

trong vùng này xuất hiện biến dạng

h

dẻo (còn gọi là vùng biến dạng dẻo

4

Vc

thứ nhất).

3

Phôi

Khi ứng suất do lực tác động
gây ra vượt quá giới hạn cho phép
của kim loại thì xuất hiện sự trượt và Hình 1. 1 - Mô hình tác động trong quá trình
phoi được hình thành.

tạo phoi

Vùng tạo phoi luôn di chuyển cùng với dao trong quá 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.

3


4- Vùng tách: Qúa trình cắt kim loại là quá 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, mũi 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 chạy dao khi tiện là chuyển động tịnh tiến của dao theo phương
dọc hoặc phương 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.
1.1.2. Một số vấn đề 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 va đập

4

mạnh. 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 khác nhau và ứng với các loại dao phay khác nhau (Hình 1.2)

a, Phay mặt phẳng bậc

b. Phay mặt phẳng bậc

bằng dao phay trụ

bằng dao phay mặt đầu

c. Một vài loại dao phay

d. Phay bậc bằng dao phay

đ. Dùng dao phay đĩa

ngón đuôi trụ, đuôi côn

ngón trên máy phay đứng

khi phay

5


e. Phay mặt phẳng bậc bằng dao phay

g. Phay mặt phẳng bậc bằng dao phay mặt đầu trên máy

mặt đầu trên máy phay đứng

phay ngang

Hình 1. 2 - Các bề mặt gia công và1 số loại dao trên máy phay
Dao phay có cấu tạo bởi nhiều lưỡi cắt nên lực cắt dao động và lưỡi cắt chịu
va đập gây ra rung động trong quá trình phay, vì thế máy phay phải có độ bền vững
cao. Dao phay có nhiều loại khác nhau tùy theo công nghệ và theo công dụng như:
Dao phay trụ, dao phay mặt đầu, dao phay đĩa, dao phay ngón, dao phay lăn răng,
dao phay định hình.v.v...
Dao phay có thể chế tạo liền hoặc rời phần thân với phần cắt. Trong trường
hợp này các mảnh dao còn gọi là các mảnh quay được chế tạo theo tiêu chuẩn và
được kẹp vào đầu dao nhờ cơ cấu kẹp chặt bằng vít. Mỗi mảnh quay có thể có nhiều
lưỡi cắt.
1.1.3. K t cấu dao phay.
Quá trình phay được thực hiện bằng một loại dụng cụ cắt mà ta gọi là dao
phay. Các răng của dao phay có thể xếp đặt trên bề mặt hình trụ và cũng có thể nằm
ở mặt đầu. Mỗi một răng của dao phay là một lưỡi dao tiện đơn giản (Hình 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 cắt của dao phay được chế tạo từ thép các bon, thép gió, hợp kim cứng
và vật liệu sứ…

6


1) Bề mặt, lưỡi cắt và các yếu tố khác



f





h








Hình 1.3 - So sánh dao tiện và răng dao phay
Các bề mặt, lưỡi cắt của răng dao phay (hình 1.3) có những tên gọi sau đây (tương
tự như 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 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 dao 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.

7


2) Hình dạng và các yếu tố của răng dao phay
Dựa theo bề mặt được mài của dao phay, người ta chia kết cấu của răng ra
làm hai loại:
- Răng nhọn là răng được mài theo mặt sau (hình 1.4a)
- Răng tù là răng chỉ được mài theo mặt trước (hình 1.4b)
Người ta phân biệt các thành phần của răng dao phay 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 (hình 1.5)
- Bề rộng mặt sau của răng là khoảng cách giữa lưỡi cắt và đường giao nhau
của mặt sau với lưng của răng đo trong phương vuông góc với lưỡi cắt (mép 3 hình
1.3)
- 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 của hai răng kề nhau.

Hình 1.4 - Các dạng răng của dao phay

8

3) Các yếu tố và hình dạng của rãnh
- Rãnh (hình 1.3 số 6) 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.

Hình 1.5 - Các thành phần của răng dao phay
+ Rãnh thẳng là rãnh song song với đường tâm dao phay (hình 1-6).
+ Rãnh xoắn ốc trái (hình 1.7a) là rãnh mà hướng của đường xoắn ốc đi lên từ
phải sang trái
+ Rãnh xoắn ốc phải (hình 1.7b) là rãnh mà hướng của đường xoắn ốc đi lên từ
trái sang phải

9


Hình 1.6 - Sơ đồ hình thành đƣờng xoắn ốc

Hình 1.7 - Hƣớng các rãnh xoắn ốc

10


1.1.4. Các phƣơng pháp phay
Tùy theo chiều quay với hướng tiến của dao phay người ta phân biệt hai loại:
phay nghịch và phay thuận.
1) Phay nghịch.
Phay nghịch là quá trình khi phay chiều chuyển động của dao phay và của
chi tiết ngược nhau.

2) Phay thuận.
Phay thuận là quá trình khi phay chiều chuyển động của dao phay và chi tiết
trùng nhau.
1.1.5. Các y u tố của ch độ cắt khi phay
1) Tốc độ cắt chính
Chuyển động cắt chính khi phay là chuyển động quay tròn của dụng cụ cắt với
tốc độ lớn để tạo phoi và góp phần hình thành bề mặt gia công. Thông số đặc trưng
của chuyển động cắt chính là tốc độ cắt v.
Tốc độ cắt v: là quãng đường mà một điểm trên lưỡi cắt chính ở cách trục quay xa
nhất đi được trong một phút, công thức tính tốc độ cắt có dạng như sau:

v

 .D.n

(1.1)

1000

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

n

2) Lƣợng chạy dao

1000v
D

(1.2)

Chuyển động chạy dao là chuyển động tương đối của dụng cụ cắt và chi tiết
gia công được thêm vào chuyển động chính và tạo điều kiện đưa vùng gia công lan
ra toàn bề mặt gia công. Chuyển động chạy dao có thể liên tục có thể gián đoạn. Đối
với quá trình phay chuyển động chạy dao là liên tục.
Thông số đặc trưng của chuyển động chạy dao là lượng chạy dao. Khi phay
người ta phân biệt các dạng lượng chạy dao như sau :

11


- Lượng chạy dao răng (Sz mm/răng) là lượng dịch chuyển của bàn máy với chi
tiết hoặc dao khi dao quay được một răng
- Lượng chạy dao một vòng quay của dao phay (S0 mm/vòng) là lượng dịch
chuyển của bàn máy với chi tiết, hoặc của dao sau một vòng quay của dao phay.
Lượng chạy dao một vòng bằng lượng chạy dao răng nhân với số răng của dao
phay
S0 = Sz.Z

(1.3)

- Lượng chạy dao phút (SM, mm/phút) là lượng dịch chuyển tương đối của bàn
máy với chi tiết hoặc 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

(1.4)

3) Chiều sâu cắt (t)
Là khoảng cách giữa các bề mặt chưa gia công và đã gia công
4) Chiều sâu phay t0

Là kích thước lớp cắt đo theo phương vuông góc với trục dao ứng với góc tiếp
xúc Ψ
5) Chiều rộng phay (B)
Là kích thước lớp cắt đo theo phương trục dao ứng với góc tiếp xúc Ψ
6) Xác định công suất cắt:
Công suất được tính theo công thức:
Nc =

Pz v
1020.60

(Kw)

(1.5)

Qua một số phép tính trung gian, người ta đã xây dựng được công thức tổng
quát để tính lực và công suất cắt phụ thuộc vào các thông số công nghệ như sau:
Thay vào công thức giá trị Pztb và v =  .D. n/ 1000 ta được:
Nc = C.B 2m. t(m + 1). Z.(sin)m/6,12. 107.Dm.  m (Kw) (1.6)
Từ công thức trên ta có thể viết gọn như sau:
Pz = Cp. B. z.sz.yp. txp. Dqp

(N)

Nc = CN. B Z. SzYN. TXN. n.DqN

12

(1.7)
(Kw)

(1.8)


Trong đó: Cp = C. 2m.(sin  )m/  m; Xp = (m + 1); qp = -(m + 1)
CN = C. 2m.(sin  )m/ 61,2. 107  m ; XN = (m+ 1); YN = (m+ 1); qN = -m
Các hệ số tính toán được cho dưới dạng bảng ứng với vật liệu gia công và vật
liệu làm dao, cũng như các điều kiện gia công cụ thể. Các hệ số này có thể tra trong
các sổ tay cẩm nang về chế độ cắt khi gia công cơ.
1.1.6. Ảnh hƣởng của các y u tố khác đ n lực cắt khi phay.
Trong quá trình cắt ngoài các yếu tố của chế độ cắt còn có các yếu tố khác ảnh
hưởng đến lực cắt khi phay như:
1) Ảnh hưởng của vị trí tương quan giữa dụng cụ và chi tiết gia công
Vị trí tương quan giữa dao và chi tiết gia công có ảnh hưởng đáng kể đến lực
cắt khi phay, thể hiện rõ nhất là đối với lực chạy dao (lực bước tiến) tại các vị trí
khác nhau của răng dao so với chi tiết gia công.
2) Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến lực cắt khi phay:
Trên cơ sở công thức (1.7) và công thức (1.8) ta có thể đưa ra các nhận xét:
a. Công suất cắt cũng như lực cắt tỷ lệ với bề rộng phay B và số dao cắt z:
b. Theo thực nghiệm thì giá trị yp ≈ 0,65 ÷ 0,8, do đó khi tăng Sz thì lực tiếp
tuyến Pz tăng. Mặt khác lượng chạy dao Sz tỷ lệ thuận với chiều dày cắt trung bình
atb khi đó thì lực cắt đơn vị giảm đi do m< 0, do vậy lực tiếp tuyến Pz không tăng tỷ
lệ thuận khi tăng sz.
c. Khi tăng chiều sâu phay t lực tiếp tuyến tăng mạnh hơn so với tăng lượng
chạy dao Sz. Bằng thực nghiệm ta có thể tìm ra giá trị xp  1,1  1,4.
d. Ở tốc độ cắt v cố định, lực cắt Pz giảm khi tăng đường kính dao D, vì rằng
lúc này giảm bề dày cắt và diện tích cắt. Ảnh hưởng của D đến P z đối với từng dạng
phay (phay đối xứng, phay không đối xứng) cũng như nhau. Dao phay mặt đầu khi
phay không đối xứng qp = 0,86; còn đối với phay mặt đầu phay đối xứng thì qp = 1.
3) Ảnh hưởng thông số hình học của dao đến lực cắt khi phay:

Khi thay đổi các thông số hình học của dao thì lực cắt cũng thay đổi theo.
Lực cắt và công suất cắt giảm đáng kể khi tăng góc trước  . Ở phay nghịch khi
cạnh cắt của răng cắt vào kim loại gia công , bóc phoi bắt đầu từ a = 0 thì độ sắc của

13


cạnh có ý nghĩa rất lớn. Bằng thực nghiệm người ta thấy rằng, khi làm việc nếu dao
bị mòn lực cắt và công suất cắt nâng lên 40% so với trạng thái làm việc khi dao
được mài sắc.
Khi tăng góc trước, không những làm phoi biến dạng ít mà còn làm phoi dễ
trượt và dễ thoát trên mặt trước, việc làm lực cắt giảm xuống. Ảnh hưởng của thay
đổi góc trước đối với lực pn lớn hơn so với lực cắt pz.
Góc nghiêng chính  tăng dẫn đến diện tích cắt sẽ giảm đi, do vậy lực cắt
cũng giảm đi.
Trong thực tế tính toán, người ta thường đưa vào các hệ số điều chỉnh k  và
k  để kể đến ảnh hưởng của các thông số hình học của dao đến lực cắt khi phay.
4) Ảnh hưởng của vật liệu dao và vật liệu gia công đến lực cắt khi phay.
* Ảnh hưởng của vật liệu gia công:
Tính chất cơ lý của vật liệu gia công có ảnh hưởng nhiều đến lực cắt, khi gia
công vật liệu giòn thì lực cắt thấp hơn vật liệu dẻo.
* Ảnh hưởng của vật liệu dao.
Ảnh hưởng của vật liệu làm dao đến lực cắt chủ yếu là do sự thay đổi của hệ
số ma sát. Đối với dao làm bằng hợp kim cứng thì lực cắt sản sinh ra nhỏ hơn khi
dùng dao làm bằng thép gió.
5) Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt trong quá trình phay:
* Ảnh hưởng của độ mòn dao:
Độ mòn dao làm tăng bề mặt tiếp xúc của dao trên các bề mặt làm việc, làm
tăng bán kính mũi dao, giảm các góc ở bộ phận cắt (góc sau, góc trước) . Do đó khi
dao bị mòn lực cắt tăng lên rõ rệt. Sự thay đổi của lực cắt còn phụ thuộc vào trạng

thái mòn của dao. Ví dụ như dao phay mòn theo mặt trước, mặt sau hay cả mặt
trước và mặt sau thì lực cắt thay đổi.
* Ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội:
Tưới dung dịch trơn nguội sẽ làm giảm lực cắt, hoạt tính của dung dịch càng
cao thì lực cắt giảm càng nhiều. Dung dịch trơn nguội có tác dụng giảm hệ số ma
sát, giảm nhiệt giữa phoi và vật liệu gia công.

14


1.1.7. Quá trình mòn dụng cụ cắt:
Mòn dụng cụ cắt diễn ra trong quá trình cắt rất đa dạng do điều kiện làm việc
của nó cũng rất khác nhau. Các điều kiện này có thể thay đổi đột biến phụ thuộc vào
vật liệu gia công, vật liệu chế tạo dụng cụ, tốc độ cắt, phương pháp cắt, chất bôi
trơn tưới nguội, độ cứng vững của hệ thống công nghệ.
Đa phần mòn mặt trước xảy ra khi gia công thép dẻo với lẹo ở đầu bảo vệ
cạnh cắt khỏi tác động trực tiếp từ phoi và mặt cắt.
Mòn mặt sau nhiều hơn khi tăng góc trước cũng như ở các dao có góc sau bé.
Nó đặc biệt rõ khi gia công các vật liệu giòn, đặc biệt là gang cũng như thép
austenit dẻo và các hợp kim có tính đàn hồi lớn. Khi gia công thép có khả năng mài
mòn lớn đặc biệt thiêu kết hóa cứng, quá trình biến dạng phân hủy tạo ra pha cacbit
sẽ gây mòn rất nhanh cả mặt trước và mặt sau của dao.
Quá trình mòn điển hình của các dao hợp kim cứng cũng như dao thép gió
xảy ra theo trình tự như sau: Ban đầu cạnh cắt bị làm tròn, không thể nhìn bằng mắt
thường được, nhưng nhìn rõ qua kính hiển vi, ở mặt trước xuất hiện các vết ở dạng
dải sáng còn ở mặt sau xuất hiện ở các cạnh vát hẹp.
Hiện tượng va đập trong quá trình cắt của dao phay đẩy nhanh quá trình phá
hỏng dụng cụ cắt, đặc biệt khi bắt đầu vào gia công.
Dao mòn nhanh khi làm việc có dao động, lúc này màng ô xít bảo vệ tróc
làm mòn nhanh dao mặc dù khi cắt có dao động làm giảm nhiệt độ cắt, độ co ngót

của phoi và công suất tiêu hao cho việc cắt gọt.
Thông thường độ mòn dụng cụ cắt xảy ra không đồng đều dọc cạnh cắt.
Thường mòn nhanh ở đỉnh và đoạn tiếp xúc giữa cạnh cắt và bề mặt gia công. Mòn
nhanh cạnh cắt ở đoạn tiếp xúc với bề mặt gia công do hóa cứng ở bề mặt này, do
lần gia công trước hay do có lớp vỏ cứng, bề mặt vùng mòn nhanh có thể biểu hiện
ở bề dày của lớp bị hóa cứng.

15


1.1.8. Tiêu chuẩn mòn dụng cụ:
Mài mòn mặt sau là dạng mài mòn chủ yếu và dễ đo nhất. Do đó thường
dùng h3 - kích thước chiều cao của diện tích mài mòn theo mặt sau làm tiêu chuẩn
đánh giá mài mòn.
Trị số h3 - được gọi là độ mòn cho phép hoặc tiêu chuẩn mài mòn.
Trong thực tế việc xác định chuẩn hợp lý về độ mòn dao có ý nghĩa quan
trọng. Chuẩn này được xác lập có tính đến độ chính xác và độ bóng cần thiết của bề
mặt gia công, dạng dụng cụ, kích thước và vật liệu của chi tiết gia công. Người ta
xác định chuẩn quy ước cùn dao khi đạt đến giới hạn thì nó được dùng để mài sắc
lại. Cùn dụng cụ cắt là sự mài mòn có liên quan đến các yếu tố công nghệ mang tính
quy luật mà thực tế có thể đo đạc được. Các điều kiện này tương ứng với mòn dụng
cụ ở bề mặt sau.
Khi gia công thô có phoi lớn, tốc độ cắt nhỏ, mòn cho phép ở mặt sau có thể
cao hơn, khi gia công thép dao mòn ít ở mặt sau và mòn nhiều ở mặt trước. Khi gia
công gang thì hiện tượng ngược lại dao mòn nhiều ở mặt sau.
Đối với gia công tinh cần đảm bảo độ chính xác của sản phẩm trên cả chiều
dài của nó, do đó độ mòn dao hợp lý không nên lấy theo thời gian làm việc của dao
mà lấy theo đường đi của dao hoặc theo đơn vị chiều dài của chi tiết gia công. Điều
này cho phép đánh giá đúng hơn chất lượng sử dụng và khả năng của dụng cụ. Khi
gia công tinh các chi tiết lớn không nên chia công việc thành bước mà nên xác lập

chuẩn mòn cho một chi tiết hay loại chi tiết.
Từ các điều kiện trình bày trên đây có thể rút ra kết luận rằng, tiêu chuẩn mòn
hay mức độ mòn dụng cụ là đại lượng quy ước, phụ thuộc vào đặc tính chất gia
công , chế độ cắt, vật liệu của dụng cụ và chi tiết gia công.
Trong quá trình sản xuất, nên có các chỉ tiêu khách quan để đánh giá lượng
mòn cho phép mà không cần sử dụng dụng cụ đo lượng mòn cho tới khi lưỡi cắt bị
phá hủy hoàn toàn. Trong thực tế sản xuất, để đánh giá mức độ mòn của dụng cụ cắt
theo kinh nghiệm, người ta cần quan sát các hiện tượng như: mặt phẳng sáng trên
mặt cắt, thay đổi dạng phoi và mầu của nó.

16


1.1.9. Những hiện tƣợng vật lý xảy ra trong quá trình phay.
1) Nhiệt cắt:
Trong quá trình phay chi tiết gia công, dụng cụ cắt và phoi bị nung nóng. Khi
tăng tốc độ cắt, đặc biệt là khi cắt phoi mỏng, nhiệt độ vùng cắt sẽ tăng tới 600 0C.
Nếu tốc độ cắt tiếp tục tăng trong nhiều trường hợp phoi cắt sẽ bị nung nóng tới
9000C.
Tương tự như các phương pháp cắt gọt thông thường, khi phay sẽ xuất hiện
nhiệt cắt. Nắm vững các quy luật về nhiệt cắt, cho phép giải thích được nhiều hiện
tượng vật lý trong quá trình cắt như: sự mài mòn và tuổi bền của dụng cụ gia công,
chất lượng bề mặt gia công.
Trong quá trình cắt nhiệt được sinh ra do các nguyên nhân sau:
- Hiện tượng nội ma sát xuất hiện trong quá trình biến dạng của vật liệu gia
công.
- Ma sát giữa phoi với mặt trước của dụng cụ gia công.
- Ma sát giữa mặt sau của dao và bề mặt chi tiết gia công.
Các yếu tố chính ảnh hưởng tới hiện tượng nhiệt cắt:
- Khi tăng tốc độ cắt, nhiệt cắt sinh ra do biến dạng giảm, nhưng nhiệt cắt do

ma sát tăng, dẫn tới nhiệt cắt tăng nhưng với mức độ chậm hơn so với tăng tốc độ
cắt.
- Khi áp lực của phoi lên dao tăng, hệ số có rút phoi giảm, tổng công biến dạng
tính cho 1 đơn vị thể tích giảm. Mặt khác do tăng lượng nhiệt chạy dao, chiều dày
dao lớn lên nên điều kiện truyền nhiệt tốt hơn đồng thời diện tích tiếp xúc giữa dao
và phoi mở rộng, khiến cho tăng lượng chạy dao, nhiệt cắt tăng lên nhưng không
tăng theo tỷ lệ thuận.
- Chiều sâu cắt t0 ảnh hưởng đến nhiệt cắt ít hơn lượng chạy dao s. Khi tăng
chiều sâu cắt t0 một mặt tải trọng trên đơn vị chiều dài lưỡi cắt không đổi mặt khác
khi tăng t0 do góc không đổi nên phần chiều dài phần làm việc của lưỡi cắt tuy có
tăng nhưng điều kiện truyền nhiệt lại tốt hơn, kết quả nhiệt chạy ít .

17


- Khi cắt vật liệu giòn, do công biến dạng bé và lực cắt đơn vị không đáng kể
nên nhiệt cắt thấp hơn vật liệu dẻo.
- Nhiệt cắt phụ thuộc vào nhiệt dung, đặc biệt phụ thuộc vào tính dẫn nhiệt
của vật liệu làm dao và vật liệu gia công.
- Tăng góc cắt, lực cắt tăng dẫn đến nhiệt cắt tăng, nhưng khi đó góc tăng,
điều kiện truyền nhiệt lại tốt hơn. Do đó khi tăng góc cắt nhiệt cắt tăng nhưng
không tăng tỷ lệ thuận.
- Tăng góc nghiêng chính, tải trọng có tăng dẫn đến nhiệt cắt tăng nhưng khi
đó chiều dài lưỡi cắt tham gia cắt tăng lên, điều kiện thoát nhiệt tốt hơn với mức độ
cao hơn khi tăng tải trọng, do đó nhiệt cắt lại giảm.
- Dung dịch trơn nguội có tác dụng giảm nhiệt cắt rõ rệt. Ngoài tác dụng làm
nguội còn có tác dụng bôi trơn làm giảm ma sát trong quá trình cắt.
2) Hiện tượng rung động trong quá trình cắt.
Rung động trong suốt quá trình cắt ảnh hưởng nhiều đến độ chính xác và độ
bền của dao và năng suất gia công.

Rung động được chia làm 2 loại: Rung động cưỡng bức và tự rung.
- Hiện tượng rung động cưỡng bức trong quá trình phay được gây ra bởi các
nguyên nhân chính sau đây:
+ Do sự không cân bằng của hệ thống đầu dao.
+ Khi phay xuất hiện sự va đập lúc bắt đầu cắt của răng dao và chiều dày cắt
không đồng đều.
+ Do phôi khi gia công có lượng dư không đều.
+ Do bộ phận truyền động máy có bộ phận nào đó không cân bằng.
- Hiện tượng tự rung động khi phay được gây ra bởi các nguyên nhân chủ
yếu sau:
+ Do sự thay đổi lực ma sát ở mặt trước và mặt sau của dao trong quá trình
cắt.
+ Do sự thay đổi tính dẻo của vật liệu gia công trong suốt quá trình cắt.
+ Do sự phát sinh và biến mất của lẹo dao.

18


+ Do sự biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ.
3) Hiện tượng cứng nguội trong quá trình gia công.
Dưới tác dụng của lực cắt, cấu trúc mạng tinh thể ở lớp bề mặt vật liệu gia
công bị thay đổi do đó dẫn tới tính chất cơ lý tính lớp bề mặt như độ cứng, bề mặt
ứng xuất dư, hiện tượng trên đây gọi là hiện tượng cứng nguội sau quá trình cắt.
Sau khi gia công do kết quả lan truyền của biến dạng dẻo nên cấu trúc mặt tinh
thể thay đổi do đó lớp bề mặt của chi tiết bị biến cứng.
Mức độ cứng nguội xảy ra trong quá trình cắt phụ thuộc vào mức độ biến dạng
lớp bề mặt trong quá trình cắt. Nói cụ thể hơn mức độ cứng nguội phụ thuộc vào
các yếu tố sau:
- Bán kính góc lượn của mũi dao.
- Góc trước và góc sau của dao.

4)Tuổi bền và tốc độ cắt khi phay.
Tuổi bền của dao phay là khoảng thời gian giữa hai lần mài lại sau khi mặt sau
đã mòn đến giới hạn cho phép.
Tuổi bền của dao phay thay đổi trong phạm vi tương đối rộng, nó phụ thuộc
vào các yếu tố: tốc độ cắt, kiểu dao, đường kính dao và dạng gia công .
Giữa tốc độ cắt và tuổi bền có quan hệ như sau:
V=

A
Tm

(1.9)

Đối với dao thép gió

m = 0,15 đến 0,33

Đối với dao phay hợp kim cứng

m = 0,2 đến 0,6

Tốc độ cắt phụ thuộc vào tuổi bền được tính bằng công thức sau:
V=

C v .D q v
.K v (m/ ph)
T m .t x v syZv B U v Z p v

(1.10)

Trong đó: Cv - Hệ số ứng với một nhóm gia công nhất định.
Kv = Kvl. Kvd. Kbm. Khh. Kdd. Khs
Từ đó rút ra :
Khi tăng D nhiệt cắt trong một đơn vị thời gian giảm, điều kiện thoát nhiệt
tốt, giảm lực cắt đơn vị trên một đơn vị chiều dài.

19


- Tăng thông số cắt B, t, s sẽ tăng thể tích lớp cắt do đó tăng lực cắt và nhiệt
cắt. Trường hợp này phải giảm tốc độ cắt.
- Nếu tăng số răng dao, sẽ tăng đồng thời nhiều răng tham gia cắt tăng lực cắt
và nhiệt cắt, trường hợp này cũng phải giảm tốc độ cắt.
- Khi dùng dung dịch trơn nguôi, tốc độ cắt có thể tăng lên rất nhiều.
- Sử dụng vật liệu gia công khác nhau sẽ ảnh hưởng đến tốc độ cắt thông qua
hệ số điều chỉnh KVL.
1.2. CÁC LOẠI DAO PHAY
* Theo tính năng công nghệ người ta chia ra các loại dao phay sau:
- Dao gia công mặt phẳng
- Dao gia công rãnh và rãnh then hoa
- Dao gia công các mặt định hình
- Dao gia công bánh răng và ren
- Dao gia công các mặt tròn xoay
- Dao dùng để cắt vật liệu
* Theo đặc điểm cấu tạo người ta chia ra:
- Theo phương của răng có : Răng thẳng, răng nghiêng, răng xoắn và răng
các phương khác nhau.
- Theo kết cấu của răng : Răng nhọn, răng hớt lưng (răng tù).
- Theo kết cấu bên trong: Dao phay liền, dao phay ghép, dao phay răng chắp,
dao phay lắp ráp.

- Theo phương pháp kẹp chặt : Dao có lỗ, dao phay ngón, dao phay có đuôi
hình trụ hoặc có đuôi hình côn.
Ngoài phân loại dao theo tính năng công nghệ, đặc điểm cấu tạo người ta còn
dựa theo khả năng làm việc và hiệu quả sử dụng để chế tạo loại dao phay kiểu mới.
* Dao phay kiểu mới:
Kết cấu của dao phay ảnh hưởng
lớn tới khả năng làm việc của dao và
hiệu quả sử dụng chúng. Phương hướng

20