Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt đến lực cắt khi gia công thép c45 trên máy phay CNC

1

NGUYỄN VĂN SÁNG

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH : CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHÊ ĐỘ CẮT ĐẾN LỰC
CẮT KHI GIA CÔNG THÉP C45 TRÊN MÁY PHAY
CNC

NGUYỄN VĂN SÁNG

2008 - 2010
Hà Nội
2011

HÀ NỘI 2011


2

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHÊ ĐỘ CẮT ĐẾN
LỰC CẮT KHI GIA CÔNG THÉP C45 TRÊN MÁY PHAY
CNC

NGÀNH : CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ
.3898
NGUYỄN VĂN SÁNG

Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS. NGUYỄN TRỌNG BÌNH

HÀ NỘI 2011


3

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông
số công nghệ đến lực cắt khi gia công thép C45 trên máy phay CNC” là nghiên
cứu của riêng tôi hoàn toàn không sao chép từ bất kỳ một công trình khoa học nào.
Trong luận văn có sự tham khảo của một số tài liệu đã được liệt kê trong phần tài
liệu khảo.
Tôi cam đoan lời cam kết trên là hoàn toàn đúng. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu
trách nhiệm.
Người cam đoan

Nguyễn Văn Sáng

4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH
Ký hiệu

Ý nghĩa

V

Vận tốc cắt

Sz

Lượng chạy dao răng

B

Chiều sau cắt đo theo phương dọc trục dao phay

t
a

Chiều sâu cắt đo theo phương vuông góc với trục dao
phay

Đơn vị
m/phút
mm/răng
mm

mm

Chiều dày cắt

mm

amax

Chiều dày cắt lớn nhất

mm

amin

Chiều dày cắt nhỏ nhất

mm

Chiều dày cắt trung bình

mm

b

Chiều rộng cắt

mm

F

Diện tích cắt

mm2

Diện tích cắt trung bình

mm2

atb

Ftb
z

Số răng dao phay

D

Đường kính dao phay

mm

r

Bán kính đỉnh lưỡi dao phay

mm

γ

Góc trước của lưỡi cắt

độ

α

Góc sau của lưỡi cắt

độ

β

Góc sắc của lưỡi cắt

độ

φ

Góc nghiêng chính

độ

φ1

Góc nghiêng phụ

độ

ψ

Góc tiếp xúc

độ

Pt

Lực cắt tiếp tuyến

N

Pr

Lực cắt hướng kính

N

Py

Lực cắt theo phương chuyển động của dao

N

Px

Lực cắt theo phương vuông góc với phương chuyển
động của dao

N


5

Pz

Lực cắt theo phương dọc trục dao

Kn

Lực cắt đơn vị pháp tuyến

N/mm2

Kf

Lực cắt đơn vị ma sát

N/mm2

Nc

Công suất cắt

Kw

Pdc

Công suất động cơ

Kw

Ra

Sai lệch profil trung bình của bề mặt chi tiết

µm

Rz

Chiều cao nhấp nhô trung bình của bề mặt chi tiết

µm

T

Tuổi bền của dao

Phút

hs

Chiều cao mài mòn theo mặt sau của dao

mm

Chiều cao mòn thep mặt sau cho phép

mm

Thời gian gia công

Phút

[hs]
τ

Hệ số thực nghiệm xét đến ảnh hưởng của điều kiện gia
A0

công khi xây dựng mô hình lực cắt phụ thuộc vào thông
số chế độ cắt

A1,A2,A3

Số mũ thực nghiệm tương ứng với các thông số chế độ
cắt
Hệ số thực nghiệm xét đến ảnh hưởng của điều kiện gia

C0Px,y,z

công khi xây dựng mô hình lực cắt phụ thuộc thời gian
gia công của các lực Px,y,z

C1Px,y,z

Số mũ thực nghiệm tương ứng của các lực Px,y,z đối với
thời gian gia công.

N


6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
TT
1
2

Ký hiệu

Tên bẳng biểu

Bảng 3.1

Tổng hợp các thông số công nghệ khi gia công:

Bảng 3.2

Tổng hợp kết quả đo lực cắt Px, Py, Pz phụ thuộc vào chế độ
cắt

3

Bảng 3.3

Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P01

4

Bảng 3.4

Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P02

5

Bảng 3.5

Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P03

6

Bảng 3.6

Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P04

7

Bảng 3.7

Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P05

8

Bảng 3.8

Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P06

9

Bảng 3.9

Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P07,09,10

10

Bảng 3.10

Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P08

11

Bảng 3.11

Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P11

12

Bảng 3.12

Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P12

13

Bảng 3.13

Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P13

14

Bảng 3.14

Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P14

15

Bảng 3.15

Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P15

16

Bảng 3.16

Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P16

17

Bảng 3.17

Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm điểm P17,18,19,20

18

Bảng 3.18

Bảng các trị số C0Px và C1Px

19

Bảng 3.19

Bảng các trị số C0Py và C1Py

20

Bảng 3.20

Bảng các trị số C0Pz và C1Pz

21

Bảng 3.21

Phương trình quan hệ giữa lực cắt Px và thời gian gia công τ

22

Bảng 3.22

Phương trình quan hệ giữa lực cắt Py và thời gian gia công τ

23

Bảng 3.23

Phương trình quan hệ giữa lực cắt Pz và thời gian gia công τ

24

Bảng 3.24

Tổng hợp kết quả các hệ số C0 và C1 của phương trình lực cắt

(Px, Py, Pz) phụ thuộc vào thời gian gia công τ


7

25

Bảng 3.25

26

Bảng 3.26

Phương trình lực cắt (Px, Py, Pz) phụ thuộc vào các thông số
chế độ cắt (V, Sz, B) và thời gian gia công τ
Phương trình lực cắt (Px, Py, Pz) phụ thuộc vào các thông số
chế độ cắt (V, Sz, B)


8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
TT

Ký hiệu

Tên hình vẽ, đồ thị

1

Hình 1.1

Các loại dao phay

2

Hình 1.2

Lực cắt khi phay

3

Hình 1.3

Thành phần lực cắt khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn

4

Hình 1.4

Điều khiển điểm – điểm

5

Hình 1.5

Điều khiển đường thẳng trên máy phay

6

Hình 1.6

Điều khiển 2D trên máy phay

7

Hình 1.7

Điều khiển 2D1/2

8

Hình 1.8

Điều khiển 3D trên máy phay

9

Hình 1.9

Vùng gia công khi phay

10

Hình 1.10 Sơ đồ các bước khi phay

11

Hình 1.11 Sơ đồ ăn dao vào chi tiết

12

Hình 1.12 Bù chiều dài dao khi phay

13

Hình 1.13 Mô hình hóa quá trình cắt khi phay

14

Hình 2.1

Lực cắt khi phay bằng dao phay ngón

15

Hình 2.2

Chiều dày cắt khi phay bằng dao phay ngón sử dụng mảnh cắt
xoay

16

Hình 2.3

Kích thước hình học mảnh cắt

17

Hình 2.4

Mối quan hệ giữa lực cắt và thời gian gia công

18

Hình 3.1

Mô hình thí nghiệm khi phay

19

Hình 3.2

Dao phay ngón sử dụng mảnh cắt xoay

20

Hình 3.3

Kích thước phôi và sơ đồ gia công

21

Hình 3.4

Sơ đò gá đặ khi thí nghiệm

22

Hình 3.5

Sơ đồ đo lực cắt khi phay

23

Hình 3.6

Các kiểu hiệu ứng áp điện

24

Hình 3.7

Cấu tạo cảm biến đo lực cắt

25

Hình 3.8

Cấu tạo lực kế kiểu áp điện


9

26
27
28

Hình 3.9

Sơ đồ quy hoạch thực nghiệm


10

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHÍNH.......................................................................4
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ...............................................................................6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ ......................................................................8
MỤC LỤC.................................................................................................................10
1.1. TỔNG QUAN VỀ PHAY..................................................................................16
1.1.1.
1.1.2.
1.1.3.
1.1.4.
1.1.5.

Định nghĩa về phay ......................................................................................16
Các chuyển động cắt khi phay. ....................................................................16
Phân loại dao phay.......................................................................................17
Đặc điểm gia công cắt gọt bằng phay. .........................................................20
Các hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt....................................................20

1.2. CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC.....................................26
1.2.1 Các dạng điều khiển trên máy phay CNC...........................................................26
1.2.2. Quy trình công nghệ gia công trên máy CNC ...................................................31
1.2.3. Phương pháp thực hiện nguyên công phay trên máy phay CNC.......................32
1.2.4. Lập trình gia công trên máy phay CNC.............................................................38
1.3.1. Mô hình..............................................................................................................40

1.3.2. Nội dung nghiên cứu mô hình hóa quá trình cắt khi phay.................................42
1.4.1. Đối tượng nghiên cứu. .......................................................................................42
1.4.2. Nội dung nghiên cứu..........................................................................................43

2.1. ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN VỀ LỰC CẮT KHI PHAY BẰNG DAO PHAY
NGÓN SỬ DỤNG MẢNH CẮT XOAY. ................................................................45
2.1.1. Mô hình lực cắt. .................................................................................................45
2.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến lực cắt......................................................................49

2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO LỰC CẮT. ............................................................50
2.2.1. Đo gián tiếp........................................................................................................50
2.2.2. Đo trực tiếp. .......................................................................................................51

2.3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH LỰC CẮT PHỤ THUỘC VÀO THỜI GIAN GIA
CÔNG. ......................................................................................................................51
2.3.1. Sự biến đổi của lực cắt theo thời gian gia công. ................................................51
2.3.2. Mô hình các thành phần của lực cắt...................................................................52
2.3.3. Mô hình tổng quát các thành phần lực cắt phụ thuộc vào các thông số chế độ
cắt.................................................................................................................................53

2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ..................................................................................53
3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ. ..................................................................................................54
3.2. MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM..................................................................................55


11

3.2.1. Thiết kế mô hình thí nghiệm..............................................................................55
3.2.2. Các thông số công nghệ cơ bản của hệ thống thí nghiệm..................................55
3.2.3. Thiết bị đo lực cắt. .............................................................................................58

3.3. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM. ..............................................................................58
3.4. HỆ THỐNG ĐO LỰC CẮT NHIỀU THÀNH PHẦN KIỂU ÁP ĐIỆN...........60
3.4.1. Nguyên lý đo kiểu áp điện. ................................................................................60
3.4.2. Cảm biến đo lực 3 thành phần. ..........................................................................61
3.4.2. Đầu đo lực 3 thành phần. ...................................................................................62

3.5. KẾT NỐI HỆ THỐNG ĐO LỰC CẮT. ............................................................62
3.5.1. Nguyên lý thu nhận tín hiệu đo..........................................................................62
3.5.2. Phần mềm thu nhận tín hiệu đo. ........................................................................63

3.6. KẾT QUẢ ĐO. ..................................................................................................63
3.7. XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU. ..........................................63
3.8. BẢNG TỔNG HỢP KẾT QUẢ ĐO VÀ TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC XỬ LÝ KẾT
QUẢ THÍ NGHIỆM .................................................................................................67
3.8.1. Xây dựng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm..............................................67
3.8.1.1. Mục đích thực nghiệm ....................................................................................67
3.8.1.2. Xây dựng sơ đồ thực nghiệm..........................................................................67
3.8.1.3. Cơ sở chọn giá trị các thông số đầu vào. ........................................................68
3.8.2. Phương pháp tiến hành thí nghiệm. ...................................................................69

3.9. TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC XỬ LÝ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ......................79
3.9.1. Xác định mối quan hệ giữa hệ số C0Py với các thông số chế độ cắt (V, Sz, B) .83
3.9.2. Xác định phương trình lực cắt phụ thuộc các thông số chế độ cắt (V, SZ, B) ...96
3.9.3. Các bảng tổng hợp kết quả...............................................................................102

3.10. CÁC KẾT QUẢ MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY.............108
3.10.1. Mô hình lực cắt(Px, Py, Pz)phụ thuộc vào các thông số chế độ cắt (V, Sz, B).
...................................................................................................................................108
3.10.2. Mô hình lực cắt (Px, Py, Pz) phụ thuộc vào chế độ cắt và thời gian gia công .

...................................................................................................................................108


12

MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài.
Gia công cắt gọt là hình thức phổ biến trong gia công cơ khí, nó chiếm tỷ lệ cao
nhất trong các phương pháp gia công kim loại. Hầu hết các sản phẩm cơ khí đòi hỏi
độ chính xác cao, kết cấu phức tạp hầu hết được chế tạo bằng phương pháp gia công
cắt gọt kim loại.
Cùng với xu thế phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật đặc biệt là khoa học
máy tính, ngành cơ khí nói chung và ngành gia công cắt gọt nói riêng có bước phát
triển nhảy vọt.
Hiện nay tại Việt nam việc sử dụng các loại máy công cụ chính xác điều khiển
bằng chương trình số (NC & CNC) đã tương đối phổ biến. Đó cũng là một xu thế
tất yếu của nền sản xuất công nghệp hiện đại. Đặc biệt là các loại máy phay CNC vì
khả năng công nghệ của nó rất rộng.
Tuy nhiên hiện nay việc khai thác và sử dụng các loại máy này đem lại hiệu
quả kinh tế chưa cao, do chúng ta chủ yếu sử dụng các loại dao có vận tốc cắt thấp
và tuổi bền không cao. Vì vậy nghiên cứu sử dụng các loại dụng cụ cắt tiên tiến có
tốc độ cắt và tuổi bền cao đặc biệt được quan tâm.
Lực cắt có ảnh hưởng quyết định đến nhiệt cắt, quá trình mòn dụng cụ, do đó
ảnh hưởng quyết định đến độ chính xác gia công. Vì vậy, việc xây dựng mô hình
lực cắt trong điều kiện gia công cụ thể sẽ góp phần xây dựng cơ sở cho việc thực
hiện tối ưu hóa quá trình cắt, nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguyên công
phay.
Nhằm giải quyết các nội dung nêu trên trong điều kiện gia công cụ thể em đi
sâu vào vấn đề:
“ Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lực cắt khi gia công

thép C45 trên máy phay CNC”
Mục đích của đề tài.
Xây dựng mô hình lực cắt phụ thuộc vào các thông số công nghệ khi phay với
điều kiện gia công cụ thể thường gặp trong sản xuất. Từ đó có thể đánh giá ảnh


13

hưởng của từng yếu tố công nghệ đến lực cắt, qua đó cho ta khả năng xác định công
suất tức thời khi phay, tạo điều kiện thực hiện tối ưu hóa khi phay và điều khiển quá
trình phay, nâng cao hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của nguyên công.
Đối tượng nghiên cứu.
Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến lực cắt khi phay trên
máy phay CNC trong điều kiện gia công cụ thể như sau:
Máy phay CNC vạn năng DMU – 60T
Dao phay ngón gắn mảnh cắt quay.
Vật liệu gia công: thép C45
Phương pháp nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu là nghiên cứu kết hợp giữa suy diễn lý thuyết và thực
nghiệm. Trước hết cần thu thập, phân tích, đánh giá về lý thuyết ảnh hưởng của các
thông số đầu vào (chế độ cắt) đến thông số đầu ra (lực cắt) trong điều kiện gia công
cụ thể sau đó đưa ra các giả thuyết khoa học rồi dùng thực nghiệm kiểm chứng hoặc
làm sáng tỏ hơn các giả thuyết đó.
Nghiên cứu bằng thực nghiệm dựa trên cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm.
Xây dựng hệ thống thí nghiệm ổn định có sử dụng các thiết bị đo hiện đại kết nối
với hệ thống máy tính để có thể tự động hóa thu thập số liệu và lưu trữ kết quả tạo
điều kiện cho quá trình sử lý số liệu bằng các phần mềm tiện ích nhằm đạt được độ
chính xác và độ tin cậy cao.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
Ý nghĩa khoa học:

Tính cấp thiết: Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ. Các
thiết bị gia công mới, các loại vật liệu mới, các loại vật liệu dụng cụ cắt có tuổi bền
luôn được phát minh nhằm tăng năng suất và hạ giá thành sản phẩm. Cùng với xu
thế phát triển tất yếu này thì việc nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ
đến lực cắt khi gia công trong điều kiện gia công mới luôn luôn được đặt ra.
Hiệu quả trong nghiên cứu: Kết quả của việc xây dựng mô hình ảnh hưởng của
các thông số công nghệ trong quá trình cắt đến lực cắt sẽ góp phần làm sáng tỏ về


14

mặt lý thuyết. Tìm ra mối liên hệ qua lại giữa các thành phần của chế độ cắt đến lực
cắt khi gia công.
Những vấn đề phát triển mới: Phương pháp và kết quả nghiên cứu sự ảnh
hưởng của các thông số công nghệ tới lực cắt cho phép chúng ta có thể xác định
được giá trị lực cắt tại thời điểm bất kỳ, với chế độ cắt bất kỳ trong quá trình gia
công.
Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả của việc nghiên cứu cho phép xây dựng được điều kiện biên để giải bài
toán tối ưu hóa khi phay thép 45 trên máy phay CNC trong cùng điều kiện gia công
cụ thể. Đồng thời lực cắt đo được khi gia công có thể được dùng làm tín hiệu điều
khiển quá trình gia công đảm bảo tận dụng tối đa công suất máy, đảm bảo an toàn
cho quá trình gia công.
Nội dung luận văn:
Toàn bộ nội dung chính của luận văn được chia làm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về phay.
Chương 2: Lực cắt khi phay bằng dao phay ngón sử dụng mảnh cắt xoay trên
máy phay CNC.
Chương 3: Xây dựng hệ thống thí nghiệm và phương pháp thực nghiệm đánh
giá kết quả.

Chương 4: Kết luận chung và kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo.
Tài liệu tham khảo
Tôi xin chân thành cám ơn PGS.TS Nguyễn Trọng Bình người thầy đã tận tâm
truyền đạt kiến thức và có những chỉ dẫn quý báu giúp tôi hoàn thành bản luận văn
này. Bên cạnh đó, tôi xin cám ơn các thầy cô trong viện cơ khí – trường Đại học
Bách khoa Hà nội cùng các đồng nghiệp đã hợp tác đầy hiệu quả giúp tôi nghiên
cứu đề tài này.
Trong bản luận văn chắc hẳn còn nhiều điều thiếu sót, tôi rất mong các thầy, cô
và các bạn đồng nghiệp góp ý, bổ xung để luận văn này đạt hiệu quả cao hơn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn.


15

Hà nội, ngày tháng năm 2010
Học viên
Nguyễn Văn Sáng


16

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHAY
1.1. TỔNG QUAN VỀ PHAY
1.1.1. Định nghĩa về phay
Phay là một phương pháp cắt gọt kim loại. Đó là quá trình cắt đi một lớp kim
loại trên bề mặt chi tiết (gọi là lượng dư gia công) để được chi tiết có hình dáng, độ
chính xác và độ bóng theo yêu cầu kỹ thuật trên bản vẽ.
Phay được dùng phổ biến trong gia công cắt gọt kim loại. Quá trình cắt khi
phay là không liên tục do dao phay thông thường có nhiều lưỡi nên quá trình cắt
được tiến hành lần lượt theo từng lưỡi gây nên va đập trong quá trình gia công.

Độ chính xác đạt được bằng phương pháp phay không cao hơn cấp 4 ÷ 3 và
chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt Ra = 3,2 ÷ 0,2µm. Khi gia công mặt phẳng, phay là
phương pháp gia công có năng suất cao nhất. Phay có khả năng thay thế hoàn toàn
cho phương pháp bào trong sản xuất hang loạt.
Bằng phương pháp phay, người ta có thể gia công mặt phẳng, mặt định hình
phức tạp, rãnh then, cắt đứt, trục then hoa, cắt ren, bánh răng…
1.1.2. Các chuyển động cắt khi phay.
Chuyển động chính khi phay là chuyển động quay tròn của dao, chuyển động
chạy dao là chuyển động thẳng theo các phương ngang, dọc, và thẳng đứng do bàn
máy thực hiện.
Tốc độ cắt khi phay tính theo công thức:
V=

p Dn
[m / phút]
1000

Trong đó: D – đường kính của dao phay [mm]
n - số vòng quay của dao [vòng/phút].
Lượng chạy dao khi phay được xác định bằng một trong ba yếu tố:
- Lượng chạy dao răng (SZ) là lượng dịch chuyển của chi tiết trong thời gian
một răng (1 lưỡi cắt) của dao phay ăn vào kim loại, đơn vị là mm/răng.
- Lượng chạy dao vòng là lượng dich chuyển của chi tiết khi dao phay quay
được một vòng, kí hiệu là Sv và có đơn vị là mm/vòng.


17

-Lượng chạy dao phút là lượng dịch chuyển của chi tiết sau thời gian một
phút, ký hiệu là Sm và đơn vị là mm/phút.

Như vậy mối quan hệ giữa các loại lượng chạy dao trên như sau:
Sm = Sv.n = Sz.Z.n [mm/phút].
Trong đó: Z – số răng (số lưỡi cắt ) của dao phay.
n- số vòng quay của dao sau một phút.
Khi phay có thể thực hiện theo hai phương pháp:
- Phay thuận là khi hướng tịnh tiến của phôi trùng chiều quay của dao.
- Phay nghịch là phương hướng chuyển động của phôi ngược chiều quay của
dao.
1.1.3. Phân loại dao phay.
Có nhiều loại dao phay (hình 1.1), có thể phân loại chúng như:
- Theo vật liệu dao có dao phay bằng thép gió, dao phay bằng hợp kim cứng …
- Theo kết cấu bên trong có dao phay liền , dao phay ghép, dao phay răng chắp
bằng hàn hay lắp ghép cơ khí.
- Theo hình dạng răng có răng thẳng, răng nghiêng, răng xoắn, răng nhọn, răng
hớt lưng…
- Theo phương pháp kẹp có dao phay ngón, dao phay đuôi trụ, dao phay đuôi
côn, dao phay có lỗ trụ…
- Theo tính năng công nghệ ta có thể phân loại thành:
+ Dao phay gia công mặt phẳng như: Dao phay trụ, dao phay mặt đầu, dao phay
ngón … trong sản xuất hàng loạt dao phay mặt đầu được sử dụng nhiều hơn dao
phay trụ.
+ Dao phay rãnh, rãnh then, dao phay then hoa như dao phay ngón, dao phay
đĩa… Dao phay đĩa hai mặt hay ba mặt cắt, gia công bình thường như dao phay mặt
đầu, trong trường hợp đặc biệt nó có thể làm việc như dao phay trụ và có thể gia
công được mặt đầu, rãnh, mặt bậc…
Dao phay ngón, ngoài sở trường là gia công rãnh, còn có ưu điểm nổi bật khi
phay mặt bậc nhỏ mà chiều cao cách nhau khá lớn.


18

+ Dao phay định hình để gia công các mặt định hình.
+ Dao phay gia công bánh răng như dao phay môdul, dao phay lăn răng, dao
phay ren …
+ Dao phay gia công các mặt tròn xoay.
+ Dao phay cắt.


19

Hình 1.1: Các loại dao phay


20

1.1.4. Đặc điểm gia công cắt gọt bằng phay.
Do dao phay có nhiều lưỡi cắt tham gia cắt đồng thời, đường kính dao phay
lớn, tốc độ phay cao và có nhiều biện pháp công nghệ nên năng suất khi phay cao
hơn hẳn khi bào – xọc – chuốt, giá thành sản phẩm thấp.
Do lưỡi làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động nên khả năng tồn tại lẹo
dao ít hơn khi tiện.
Lưỡi dao cắt không làm việc liên tục và khối lượng dao phay thường lớn nên
điều kiện truyền nhiệt tốt. Diện tích cắt khi phay thay đổi, do đó lực cắt thay đổi.
Để tăng năng suất cắt gọt có 2 xu hướng phát triển của thế giới ngày nay là
đồng thời tìm ra các loại vật liệu làm dụng cụ cắt có tính năng cắt gọt tốt, tuổi bền
lâu là ứng dụng rộng rãi công nghệ phay vào qúa trình sản xuất.
1.1.5. Các hiện tượng xảy ra trong quá trình cắt
Các đại lượng đặc trưng xuất hiện trong quá trình cắt bao gồm: Lực cắt, nhiệt
cắt, mòn dao, rung động. Các đại lượng này chịu ảnh của các yếu tố đầu vào là:
Máy; phôi; chế độ cắt; dụng cụ gia công; phương pháp gia công; dung dịch trơn

nguội.
Các yếu tố xuất hiện trong quá trình cắt có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng
của chi tiết máy và chi phí gia công.

1.1.5.1. Lực cắt.
Muốn thực hiện 1 quá trình cắt, dao nhận một công do động lực máy cung cấp,
nhờ động lực này dao tác động và cắt các phần thừa kim loại. Ngược lại phản lực
của vật liệu gia công cũng sẽ tác dụng trở lại vào dao một lực bằng lực tác động từ
dao vào phôi nhưng ngược chiều (áp lực của phoi) để cản lại sự cắt gọt (sự trượt của
các tinh thể kim loại trên mặt trượt).
Dao muốn cắt gọt được không những phải thắng được lực liên kết trong nội bộ
tinh thể kim loại mà còn thắng được lực ma sát, lực cản sự uốn của phoi v.v…công
đó dưới dạng lực gọi là lực cắt, phản lực lên dao gọi là lực cản cắt gọt (lực cắt).
Lực cắt là một trong những đại lượng đặc trưng quan trọng nhất của quá trình
cắt gọt.


21

a.

Các thành phần của lực cắt.

Trên hình (1.2a) và (1.2b) biểu diễn hệ thống lực cắt mà răng dao phay tác dụng
lên lớp cắt. Phản lực của P được phân tích thành 3 thành phần PZ, PX, PY theo
hướng tiếp tuyến với đường tròn dao phay, pháp tuyến với nó và theo chiều trục
dao.

Hình1.2: Lực cắt khi phay nghịch (a) phay thuận (b)
PX: Lực hướng tâm có xu hướng làm võng trục dao, đẩy dao ra khỏi vùng gia

công, gây rung động.
PY: Lực dọc trục dao, khi chọn dao và gá dao sao cho PY hướng vào ổ trục máy
hoặc khi gia công ghép 2 dao phay trụ sao cho hướng xoắn là ngược nhau để các lực
PY trên các dao triệt tiêu nhau.
Thường PZ, PX, PY không thuần nhất mà tuỳ thuộc vào điều kiện gia công cụ thể
mà chúng thay đổi theo thông số hhình học dao, vật liệu gia công, chiều dày cắt, số
răng dao tham gia cắt đồng thời… Ngoài ra ta có thể phân tích lực PXZ thành các lực
thành phần theo phương ngang Pn và phương thẳng đứng PV. Lực thẳng đứng có xu
hướng đè chi tiết xuống hoặc nâng chi tiết lên để tăng khả năng kẹp chặt hoặc
ngược lại tăng rung động trong qúa trình phay thuận hay phay nghịch.
Đối với dao phay trụ răng xoắn, khi chạy dao còn xuất hiện còn xuất hiện lực
dọc trục P0, và lực tác dụng dọc theo lưỡi cắt PS hình 1.3.


22

Hình1.3: Thành phần lực cắt khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn
b.

Công thức tính lực cắt.

Giá trị của lực cắt vòng PZ khi phay được tính theo công thức:

P = C p .t xp .S z yp .Z .B zp .D qp [KG]
Trong đó: xp, yp, zp là các số mũ nói lên mức độ ảnh hưởng của các yếu tố của
chế độ cắt đến lực cắt được tra trong sổ tay công nghệ.
Khi biết độ lớn của các lực thành phần ta có thể tính được lực cắt tổng cộng P:
P=

PX2 + PY2 + PZ2

c.

Các nhân tố ảnh hưởng tới lực cắt.

• Ảnh hưởng của thông số công nghệ đến lực cắt.
Lực cắt tăng tỷ lệ thuận với chiều rộng phay B và số răng Z của dao.
Khi tăng lượng chạy dao SZ thì lực cắt tăng.
Khi chiều sâu cắt t tăng làm cho diện tích cắt trung bình Ftb tăng dẫn đến lực
cắt tăng.
Vận tốc cắt V tăng làm lực cắt giảm
• Ảnh hưởng của các thông số hình học của dao đến lực cắt.
Các thông số hình học của dao thay đổi dẫn đến lực cắt thay đổi.
Khi góc trước γ giảm làm tăng góc cắt δ (vì δ = 90 – γ) làm tăng hệ số co rút
phoi, công tạo phoi lớn nên lực cắt tăng. Khi tăng góc trước phoi dễ trượt và dễ
thoát phoi làm lực cắt giảm.


23

Khi tính toán lực cắt người ta đưa vào các hệ số Kγ, Kδ…, để kể đến ảnh hưởng
của các thông số hình học của dao đến lực cắt.
• Ảnh hưởng của vật liệu làm dao và vật liệu gia công đến lực cắt.
Ảnh hưởng của vật liệu làm dao đến lực cắt chủ yếu là do sự thay đổi của hệ số
ma sát giữa vật liệu dụng cụ và chi tiết gia công. Đối với vật liệu làm dao là hợp
kim cứng thì lực cắt đơn vị nhỏ hơn vật liệu làm dao bằng thép gió.
Tính chất cơ lý của vật liệu gia công cũng có ảnh hưởng nhiều đến lực cắt đơn
vị. Khi gia công vật liệu giòn thì lực cắt đơn vị nhỏ hơn khi gia công vật liệu dẻo.
• Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt.
Khi gia công dao bị mòn dẫn đến bề mặt tiếp xúc giữa dao trên các bề mặt làm

việc tăng, bán kính mũi dao tăng, làm thay đổi các thông số hình học của dao. Vì
vậy khi dao mòn lực cắt tăng lên rõ rệt. Sự thay đổi của lực cắt còn bị phụ thuộc vào
trạng thái mòn của dao. Ví dụ dao bị mòn theo mặt trước hay mặt sau.
Dung dịch trơn nguội cũng ảnh hưởng đến lực cắt. Khi gia công có tưới dung
dịch trơn nguội thì lực cắt và nhiệt cắt giảm vì dung dịch trơn nguội làm giảm hệ số
ma sát giữa dao và phôi. Ngoài ra lực cắt còn phụ thuộc vào phương pháp tưới
nguội.

1.1.5.2. Nhiệt cắt.
Khi gia công luôn xuất hiện nhiệt cắt. Nhiệt cắt sinh ra do nhiều nguyên nhân
khác nhau: Do 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 dao và ma sát giữa phoi và mặt
sau của dao. Nhiệt sinh ra trong quá trình cắt là một hiện tượng vật lý quan trọng
trực tiếp ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của vật liệu gia công và độ bền của dao cụ.
Nhiệt sinh ra làm giảm năng suất và độ chính xác gia công.
Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt cắt:
a. Ảnh hưởng của chế độ cắt.
Khi tăng tốc độ cắt V làm cho tốc độ biến dạng giảm (theo lý thuyết biến
dạng ) nên lượng nhiệt sinh ra do biến dạng cũng giảm, V tăng làm phoi trượt trên
mặt trước với vận tốc lớn, thời gian tiếp xúc giữa phoi và dụng cụ cắt giảm nên


24

không kịp truyền vào dụng cụ cắt. Kết quả là nhiệt tăng chậm dần khi tăng tốc độ
cắt V.
Khi S tăng làm cho nhiệt tăng. Tuy nhiên tăng S thì chiều dày cắt trung bình
tăng lên làm cho tâm áp lực lùi ra xa lưỡi cắt. Do đó, nhiệt độ trung bình tăng chậm.
Tăng chiều sâu cắt t, chiều dài lưỡi cắt làm việc tăng lên, điều kiện truyền
nhiệt tốt hơn, do đó dẫn đến nhiệt độ tăng nhưng tăng chậm.

b. Ảnh hưởng của các yếu tố khác.
Vật liệu gia công: Chủ yếu ảnh hưởng của σb và tính dẫn nhiệt của kim loại.
Thông thường σb tăng lực cản trong quá trình cắt tăng, nhiệt sinh ra tăng. Nếu vật
liệu có tính dẫn nhiệt tốt thì điều kiện truyền nhiệt tốt hơn, nhiệt cắt tích tụ tại vùng
cắt giảm.
Góc cắt δ: Khi góc cắt δ tăng dẫn đến góc γ giảm phoi khó thoát lực Px tăng
làm nhiệt cắt tăng. Mặt khác δ tăng khả năng tản nhiệt về thân dao tốt hơn nên nhiệt
tăng chậm dần.
Góc nghiêng chính ϕ: Khi ϕ tăng tải trọng giảm, nhiệt cắt giảm nhiệtưng mặt
khác ϕ tăng chiều dài lưỡi cắt giảm, b giảm, góc mũi dao giảm truyền nhiệt kém.
Kết quả khi ϕ tăng nhiệt cắt tăng chậm dần.
Bán kính mũi dao và tiết diện thân dao: Khi bán kính mũi dao r tăng, tiết
diện thân dao tăng nhiệt cắt giảm.
Dung dịch tưới: Khi tưới dung dịch tưới nguội vào vùng cắt nhiệt cắt giảm.

1.1.5.3. Rung động
Rung động làm cho vị trí giữa dao cắt và chi tiết gia công thay đổi theo chu
kỳ. Khi tần số thấp, biên độ lớn sẽ sinh ra độ sóng bề mặt, khi tần số cao, biên độ
nhỏ sẽ sinh ra độ nhấp nhô bề mặt. Rung động làm cho dao cụ mau mòn. Ngoài ra
do rung động mà chiều sâu cắt, lực cắt, tiết diện phoi biến động làm tăng sai số gia
công.
Rung động của hệ thống công nghệ gồm hai loại : rung động cưỡng bức và
tự rung.
Các nguyên nhân chính gây ra rung động cưỡng bức khi phay là:


25

-

Hiện tượng va đập luôn xảy ra khi lưỡi dao vào và ra vùng gia công vì phay
là quá trình cắt không liên tục.

-

Chiều dày cắt không đều trong vùng gia công.

-

Lượng dư không đều dẫn đến chiều sâu cắt thay đổi.

-

Sự không cân bằng của hệ thống đầu dao.

-

Các bộ phận truyền động của máy không cân bằng.

Các nguyên nhân gây ra hiện tượng tự rung:
-

Sự thay đổi lực ma sát ở mặt trước và mặt sau của dao trong quá trình cắt.

-

Sự thay đổi tính dẻo của vật liệu gia công trong quá trình cắt.

-

Do sự biến dạng đàn hồi của hệ thống công nghệ.

1.1.5.4. Độ nhám bề mặt.
Độ nhám bề mặt là một trong các chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng
của chi tiết máy, qua đó đánh giá được chất lượng của nguyên công. Độ nhám bề
mặt có ảnh hưởng lớn đến tính chống mòn, độ bền mỏi, tính chống ăn mòn hóa học
và độ chính xác của mối ghép. Thông qua sự thay đổi đột ngột của của độ nhám bề
mặt ta có thể đánh giá được tuổi bền của dao.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chiều cao nhấp nhô tế vi bề mặt:
a. Ảnh hưởng do hình dáng dáng hình học của dao:
Nếu thay đổi bán kính mũi dao r, góc φ và góc φ1 thì không những làm thay
đổi chiều cao nhấp nhô mà còn làm thay đổi hình dạng nhấp nhô tế vi. Nếu tăng bán
kính mũi dao và giảm các góc φ và φ1 thì chiều cao nhấp nhô tế vi giảm.
b. Ảnh hưởng của chế độ cắt:
Khi tăng lượng chạy dao SZ thì chiều cao nhấp nhô tế vi tăng. Ngược lại nếu
SZ quá nhỏ cũng làm tăng chiều cao nhấp nhô tế vi do khi đó xuất hiện hiện tượng
trượt trong quá trình gia công. Hiện tượng này là do ảnh hưởng của biến dạng dẻo
lớn hơn ảnh hưởng của các yếu tố hình học đến độ nhám bề mặt.
Vận tốc cắt là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chiều cao nhấp nhô tế vi. Khi
tăng vận tốc cắt thì biến dạng dẻo lớp kim loại bề mặt giảm đi do đó chiều cao nhấp