Xác định độ cứng vững động của máy phay đứng khi gia công vật liệu thép c45
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.71 MB, 100 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
PHẠM VĂN GIANG
---------------------------------------
PHẠM VĂN GIANG
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
XÁC ĐỊNH ĐỘ CỮNG VỮNG ĐỘNG CỦA MÁY PHAY ĐỨNG
KHI GIA CÔNG VẬT LIỆU THÉP 45
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
KHOÁ 2008 - 2010
Hà Nội – Năm 2010
Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và những kết quả thực nghiệm đợc nghiên
cứu trong luận văn là hoàn toàn thực tế khách quan. Những kết quả tơng tự cha
từng đợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ trong việc thực hiện luận văn này đều
đã chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả luận văn
Phạm Văn Giang
2
Lời cảm ơn
Tôi xin trân trọng cảm ơn thày TS. Trần Đức Quý và GS.TS Trần Văn Địch
đã tạo điều kiện, hớng dẫn và giúp đỡ rất tận tình trong suốt quá trình nghiên cứu
và viết luận văn của mình.
Tôi xin cảm ơn các thày cô trong khoa cơ khí trờng ĐHBK Hà Nội cung cấp
cho tôi những kiến thức cần thiết trong suốt thời gian tôi đợc học và quá trình thực
hiện luận văn.
Tôi xin cảm ơn tập thể các thày cô trong khoa Cơ khí trờng ĐHSPKT Hng Yên,
cùng các bạn đồng nghiệp đã tận tình cùng tôi, cho những ý kiến đóng góp để hoàn
thành phần thực nghiệm.
Tác giả luận văn
Phạm Văn Giang
3
CC Kí HIU S DNG TRONG LUN VN
Ký hiệu
Nội dung
Thứ
nguyên
P
- Lực tác dụng
kN
y
- Lợng dịch chuyển
mm
Z
- Số răng
-
D
- Đờng kính dao phay
mm
C
- Hệ số
-
x, y, z, m
- Số mũ
-
S
- Bớc tiến dao
mm/vòng
V
- Vận tốc cắt
m/phút
r
- Bán kính mũi dao
mm
hmin
- Chiều dy phoi nhỏ nhất
mm
- Góc nghiêng chính của dao
Độ (0)
1
- Góc nghiêng phụ của dao
Độ (0)
- Góc trớc của dao
Độ (0)
- Góc sau của dao
Độ (0)
- Góc nâng của lỡi cắt chính
Độ (0)
- Góc mũi dao
Độ (0)
- Góc sắc của dao
Độ (0)
- Góc tiếp xúc
Độ (0)
K
- Hệ số
-
t
- Chiều sâu cắt
mm
a
- Chiều dày cắt
mm
B
- Chiều rộng phay
mm
p
- Lực cắt đơn vị
N/mm2
F
- Diện tích lát cắt
mm2
4
N
- Công suất
Kw
- Độ mềm dẻo
-
- Độ cứng vững của bề mặt tiếp xúc
N/mm3
q
- áp suất đơn vị
N/mm2
Rz
- Chiều cao nhấp nhô
àm
E
- Mô đun đàn hồi của vật liệu
-
5
Danh mục các bảng biểu
TT
Bảng số
Nội dung
1
Bảng 2.1 Bảng thông số kỹ thuật máy phay
2
Bảng 4.1
3
Bảng 4.2
4
Bảng 4.3
5
Bảng 4.4
6
Bảng 4.5
7
Bảng 4.6
8
Bảng 4.7
9
Bảng 4.8
10
Bảng 4.9
11
Bảng 4.10
12
Bảng 4.11
13
Bảng 4.12
14
Bảng 4.13
15
Bảng 4.14
16
Bảng 4.15
17
Bảng 4.16
18
Bảng 4.17
19
Bảng 4.18 Quan hệ giữa Rz và Po ứng với t = 2,5 mm
Quan hệ lực P0 với các thông số cắt cố định và
t = 2,5 mm.
Quan hệ giữa lực cắt Po, chuyển vị y và độ cứng
vững Jy khi t = 2,5 mm.
Quan hệ lực P0 với các thông số cắt cố định và
t = 2,0 mm.
Quan hệ giữa lực cắt Po, chuyển vị y và độ cứng
vững Jy khi t = 2,0 mm
Quan hệ lực P0 với các thông số cắt cố định và
t = 1,5 mm.
Quan hệ giữa lực cắt Po, chuyển vị y và độ cứng
vững Jy khi t = 1,5 mm
Quan hệ lực P0 với các thông số cắt cố định và
t = 1,0 mm.
Quan hệ giữa lực cắt Po, chuyển vị y và độ cứng
vững Jy khi t = 1,0 mm
Quan hệ lực P0 với các thông số cắt cố định và
t = 0,5 mm.
Quan hệ giữa lực cắt Po, chuyển vị y và độ cứng
vững Jy khi t = 0,5 mm
Quan hệ lực P0 với các thông số cắt cố định và
t = 1,5 mm.
Quan hệ giữa lực cắt Po, chuyển vị y và độ cứng
vững Jy khi t = 1,5 mm
Quan hệ lực P0 với các thông số cắt cố định và
t = 1,0 mm.
Quan hệ giữa lực cắt Po, chuyển vị y và độ cứng
vững Jy khi t = 1,0 mm
Quan hệ lực P0 với các thông số cắt cố định và
t = 0,5 mm.
Quan hệ giữa lực cắt Po, chuyển vị y và độ cứng
vững Jy khi t = 0,5 mm
Quan hệ lực P0 với các thông số cắt
6
Trang
20
Bảng 4.19 Quan hệ lực P0 với các thông số cắt
21
Bảng 4.20 Quan hệ giữa Rz và Po ứng với t = 2,0 mm
22
Bảng 4.21 Quan hệ lực P0 với các thông số cắt
23
Bảng 4.22 Quan hệ giữa Rz và Po ứng với t = 2,5 mm
Danh mục các hình vẽ và đồ thị
TT
Hình số
Nội dung
1
Hình 4.1 Quan hệ giữa lực và biến dạng
2
Hình 4.2 Sơ đồ hình dạng phôi trớc khi gia công
3
Hình 4.3 Đồ thị quan hệ giữa Y và P0; t = 2,5 mm
4
Hình 4.4 Đồ thị quan hệ giữa Y và P0; t = 2,0 mm
5
Hình 4.5 Đồ thị quan hệ giữa Y và P0; t = 1,5 mm
6
Hình 4.6 Đồ thị quan hệ giữa Y và P0; t = 1,0 mm
7
Hình 4.7 Đồ thị quan hệ giữa Y và P0; t = 0,5 mm
8
Hình 4.8 Đồ thị quan hệ giữa Y và P0; t = 1,5 mm
9
Hình 4.9 Đồ thị quan hệ giữa Y và P0; t = 1,0 mm
10
Hình 4.10 Đồ thị quan hệ giữa Y và P0; t = 0,5 mm
11
Hình 4.11
12
Hình 4.12
13
Hình 4.13
Đồ thị quan hệ giữa Rz với P0 với t = 2,5
mm
Đồ thị quan hệ giữa Rz với P0 với t = 2,0
mm
Đồ thị quan hệ giữa Rz với P0 với t = 1,5
mm
7
Trang
Mục lục
CC Kí HIU S DNG TRONG LUN VN....................................... 4
Danh mục các bảng biểu ................................................................... 6
Danh mục các hình vẽ và đồ thị .................................................. 7
Mở đầu............................................................................................................ 10
Chơng 1 ........................................................................................................ 13
1.1 Khái niệm về quá trình cắt kim loại................................................. 13
1.2. Một số vấn đề về gia công phay: ....................................................... 14
1.2.1 Khái niệm chung về cấu tạo dao phay. ...................................... 16
1.2.2. Các loại dao phay. ....................................................................... 17
1.2.3. Dao phay mặt đầu Các đặc trng cơ bản khi gia công......... 19
1.2.4 Lực cắt trong quá trình phay bằng dao phay mặt đầu ............ 26
1.2.5 Xác định công suất cắt ................................................................. 30
1.2.6. ảnh hởng của các yếu tố khác đến lực cắt khi phay.............. 31
1.2.7. Hiện tợng mài mòn của dao phay mặt đầu khi cắt ............... 33
1.3 Những hiện tợng vật lý xảy ra trong quá trình phay..................... 41
1.3.1 Nhiệt cắt ........................................................................................ 41
1.3.2. Hiện tợng rung động trong quá trình cắt. .............................. 43
1.3.3. Hiện tợng cứng nguội trong quá trình gia công. .................... 43
1.4 Tuổi bền và tốc độ cắt khi phay ......................................................... 44
Chơng 2 ........................................................................................................ 45
2.1 - Các loại máy phay............................................................................. 45
2.2 Giới thiệu về máy phay đứng ............................................................. 46
2.2.1 Máy phay đứng vạn năng ............................................................ 46
2.2.2 Máy phay đứng điều khiển theo chơng trình số...................... 47
2.3 Thông số kỹ thuật của một số loại máy phay ................................... 49
2.4 Khả năng công nghệ của máy phay đứng ......................................... 50
2.4.1 Phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu .................................. 50
2.4.2. Phay mặt phẳng nghiêng và góc nghiêng.................................. 51
2.4.3 Phay hốc, bậc, rãnh bằng dao phay ngón .................................. 53
2.4.4 Phay rãnh then bằng dao phay ngón trên máy phay rãnh then
tự động.................................................................................................... 53
2.4.5 Phay rãnh chữ T .......................................................................... 54
Chơng 3 ........................................................................................................ 55
3.1. Lý thuyết độ cứng vững. .................................................................... 55
3.2 ảnh hởng của biến dạng hệ thống công nghệ đến sai số gia công
trong một số trờng hợp ........................................................................... 60
3.2.1 ảnh hởng của biến dạng hệ thống công nghệ khi tiện............ 60
3.2.2 ảnh hởng của biến dạng hệ thống công nghệ khi phay: ........ 68
8
Chơng 4 ........................................................................................................ 71
4.1 Mô hình xác định độ cứng vững bằng thực nghiệm......................... 71
4.1.1 Xác định độ cứng vững tĩnh. ....................................................... 71
4.1.2 Mô hình xác định độ cứng vững động ........................................ 72
4.2 Phần thí nghiệm................................................................................... 74
4.2.1 Cơ sở thí nghiệm ........................................................................... 74
4.2.2 Tiến hành thí nghiệm................................................................... 75
9
Mở đầu
- Lý do chọn đề tài:
Cùng với sự lớn mạnh của của nền kinh tế đất nớc, ngành cơ khí trong đó cơ
khí chế tạo vẫn khẳng định thế mạnh của mình với vai trò chủ đạo và không ngừng
đáp ứng việc tạo ra những sản phẩm chất lợng tốt, độ tin cậy cao và đủ sức cạnh
tranh.
Nhữmg chỉ tiêu tạo ra các sản phẩm đó đợc quyết định bởi độ chính xác gia công.
Độ chính xác gia công là đặc tính chủ yếu của chi tiết máy. Trong thực tế
không thể chế tạo chi tiết có độ chính xác tuyệt đối bởi vì khi gia công xuất hiện sai
số.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hởng tới độ chính xác gia công nh: Độ chính xác
của thiết bị công nghệ, kiến thức công nghệ, vật liệu gia công, vật liệu làm dụng cụ
cắt, các thông số cắt, công nghệ bôi trơn v.v
Tất cả các yếu tố trên đều phản ánh vào những đặc trng trong quá trình gia
công đó là: rung động, chuyển vị tơng đối giữa dao với chi tiết gia công và biến
dạng mà đợc nâng thành lý thuyết về độ cứng vững.
Đã có khá nhiều lý thuyết về độ cứng vững của hệ thống công nghệ trong gia
công cắt gọt kim loại, song việc kiểm nghiệm, cách thức tiến hành thực nghiệm và
đa ra những số liệu cụ thể lại là một vấn đề thời sự nóng hổi và rất cần thiết.
Trong các loại máy công cụ thì máy phay có vị trí rất cơ bản vì nó gia công
những sản phẩm đặc trng của ngành chế tạo máy, do đó em chọn đề tài của luận
văn là Xác định độ cứng vững động của máy phay đứng khi gia công vật liệu thép
C45.
* Cơ sở khoa học của đề tài:
+ Lý thuyết cắt gọt kim loại.
+ Lý thuyết về độ cứng vững.
- Lịch sử nghiên cứu:
Độ chính xác của chi tiết gia công là vấn đề đợc rất nhiều nhà kỹ thuật
nghiên cứu. Trong rất nhiều các đề tài khoa học, các nhà kỹ thuật đã đa ra các yếu
tố ảnh hởng đến chất lợng của chi tiết gia công. Trong đó yếu tố độ cứng vững
10
của hệ thống công nghệ nói chung và của máy gia công cắt gọt kim loại nói riêng có
ảnh hởng rất lớn tới chất lợng của sản phẩm. Vấn đề này đợc đề cập khá nhiều
trong các đề ti nghiên cứu khoa học, luận văn tiến sỹ, luận văn thạc sỹ, có thể kể
đến: GS. TS. Trần văn Địch. (2003), Nghiên cứu độ chính xác gia công bằng thực
nghiệm, Nhà Xuất bản Khoa học và kỹ thuật Hà Nội; Thạc sỹ Luyện Duy Tuấn,
2006, Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Nghiên cứu độ cứng vững của máy phay đứng;
Thạc sỹ Vũ Xuân Cúc. (1997), Luận văn cao học Nghiên cứu ảnh hởng do biến
dạng của hệ thống công nghệ dới tác dụng của lực cắt đến sai số gia công, ĐHBK
Hà Nội, PGS.TS. Nguyễn Trọng Bình. (2003), Tối u hoá quá trình gia công cắt gọt,
Nhà xuất bản Giáo dục,
- Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tợng, phạm vi nghiên cứu:
+ Mục đích nghiên cứu của luận văn:
Xác định độ cứng vững động của máy phay đứng bằng thực nghiệm.
+ Đối tợng nghiên cứu:
Độ cứng vững động của máy phay đứng đợc xác định thông qua thực
nghiệm xác định chuyển vị của hệ thống công nghệ trong quá trình phay.
+ Phạm vi nghiên cứu:
Bằng phơng pháp thực nghiệm đợc tiến hành trên một số loại máy phay
đứng nh: UF -222 và F250x900 của nhà máy cơ khí Hải Phòng. Với phơng pháp
trên ta có thể thực hiện xác định độ cứng vững của một số máy gia công cắt gọt kim
loại khác.
- Tóm tắt một số luận điểm cơ bản và đóng góp của tác giả
Khi gia công chi tiết, ngời ta mong muốn vừa có năng suất cao, vừa đảm bảo
độ chính xác. Trong đó năng suất cao thờng gắn với tăng lực và tăng biến dạng. Vì
vậy ta phải tìm cách giảm bớt biến dạng của hệ thống công nghệ khi chịu tác dụng
của lực cắt.
Độ cứng vững của hệ thống công nghệ là khả năng chống lại biến dạng của
nó do ngoại lực gây ra. Độ cứng vững của hệ thống công nghệ đợc biểu diễn định
lợng bằng công thức sau:
11
J=
dPy
dy
(kN/mm)
Trong đó:
J - Độ cứng vững (kN/mm)
Py - Lực tác dụng theo phơng hớng kính của bề mặt gia công (kN hoặc kG)
y - Lợng dịch chuyển của mũi dao theo phơng tác dụng của lực (mm)
Với cơ sở lý thuyết trên ta có thể xác định độ cứng vững động của máy phay
đứng bằng phơng pháp thực nghiệm. Ta có thể dùng đồng hồ so để xác định lợng
dịch chuyển của hệ thống công nghệ. Tuy nhiên, trên thị trờng hiện nay đã có thiết
bị đo của hãng SKF cho phép ta xác định lợng chuyển vị của hệ thống công nghệ
thông qua thông số dao động của hệ thống.
- Phơng pháp nghiên cứu
Từ cơ sở lý luận về độ cứng vững của hệ thống công nghệ ta tiến hành thực
nghiệm trên một số máy phay đứng bằng phơng pháp nh sau:
Gá phôi thép C45 lên máy phay và cho gia công với các chiều sâu cắt khác
nhau.
Dùng máy đo chuyển vị chuyên dụng của SKF để xác định: máy đo chuyển
vị của hãng SKF làm việc trên nguyên lý đo độ rung và từ các thông số độ rung máy
suất ra cho ta thông số chuyển vị. Gắn đầu đo tại vị trí ổ đỡ của trục gá dao. Nh vậy
với các chiều sâu cắt khác nhau nghĩa là lực cắt khác nhau máy cho ta các thông số
chuyển vị tơng ứng. Từ thông số của lực cắt và thông số chuyển vị tơng ứng ta có
đợc độ cứng vững động của máy phay đứng bằng công thức nêu trên. Cũng từ
phơng pháp này ta có thể xác định độ cứng vững của một số loại máy gia công cắt
gọt kim loại khác.
12
Chơng 1
Tổng quan về nguyên công phay
1.1 Khái niệm về quá trình cắt kim loại.
Đây là một quá trình rất phong phú và cần thiết cho việc gắn liền giữa nghiên
cứu với thực tiễn cũng nh cho việc trao đổi giữa các nhà khoa học của các nớc
khác nhau.
Việc nghiên cứu này đợc áp dụng cho tất cả các phơng pháp gia công cắt
gọt bằng những dụng cụ cắt khác nhau, còn gọi là dụng cụ có lỡi.
Quá trình tạo phoi liên quan trực tiếp đến lực cắt, nhiệt cắt, sự mòn dao, chất
lợng bề mặt của chi tiết đợc gia công
Quá trình tạo phoi đợc
phân tích kỹ trong vùng tác
động nh hình 1-1 bao gồm
:
1-Vùng biến dạng thứ
nhất: Là vùng vật liệu phôi
nằm trớc mũi dao, đợc
giới hạn giữa vùng vật liệu
phoi và vùng vật liệu phôi.
Hình 1-1Mô hình tác động trong quá trình tạo phoi
Dới tác dụng của lực tác động, trớc hết trong vùng này xuất hiện biến dạng dẻo
(còn gọi là vùng biến dạng dẻo thứ nhất).
Khi ứng suất do lực tác động gây ra vợt quá giới hạn cho phép của kim loại thì xuất
hiện sự trợt và phoi đợc hình thành.
Vùng tạo phoi luôn luôn di chuyển cùng với dao trong qúa trình cắt.
2-Vùng ma sát trợt thứ nhất: Là vùng vật liệu phoi tiếp xúc với mặt trớc
của dao.
3-Vùng ma sát thứ hai: Là vùng vật liệu phôi tiếp xúc với mặt sau của dao.
4- Vùng tách: Quá trình cắt kim loại là quá trình hớt đi một lớp phoi trên bề
mặt kim loại để có chi tiết đạt kích thớc, hình dạng và độ nhẵn bóng theo yêu cầu.
13
Các dạng gia công cơ chủ yếu là: Tiện, bào, khoan, phay, mài,v.v..Tất cả các
dạng gia công này đều đợc thực hiện trên các máy cắt kim loại bằng các dụng cụ
cắt khác nhau nh : dao tiện, dao phay, lỡi 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 cuả phôi, còn khi phay chuyển động chính là chuyển
động quay của dao.
Chuyển động chính là chuyển động tạo ra tốc độ cắt.
Chuyển động động chạy dao khi tiện là tịnh tiến của dao theo phơng dọc hoặc
ngang.
Chuyển động chạy dao khi phay là chuyển động tịnh tiến của bàn máy mang vật
gia công theo phơng 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 đợc hình thành do các lớp bề mặt biến
dạng và đợc hớt dần với sự tạo thành phoi. Phôi và dao đợc kẹp chặt trên máy.
Khi cắt vật liệu dẻo, ngời ta phân biệt các giai đoạn hình thành phoi nh sau: Khi
mới bắt đầu cắt, dao và chi tiết tiếp xúc với nhau, sau đó lỡi dao ăn sâu vào kim
loại làm vật liệu bị dồn ép. Sự lún sâu của lỡi dao vào vật liệu sẽ thắng lực liên kết
giữa lớp kim loại bị hớt đi và phần kim loại còn lại. Hiện tợng này dẫn đến sự trợt
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 đợc hình thành và thực hiện quá trình cắt
gọt.
1.2. Một số vấn đề về gia công phay:
Là phơng pháp gia công cắt gọt, trong đó dụng cụ cắt quay tròn tạo ra
chuyển động cắt. Chuyển động tịnh tiến của dao thờng do bàn máy đảm nhiệm,
cũng có khi do cả dao và máy kết hợp. Khác với tiện và khoan, các lỡi cắt của dao
phay không tham gia liên tục nên phoi ngắn hơn, gián đoạn nên xuất hiện lực va
đập. Tuy nhiên ở trờng hợp này nhiệt có điều kiện phân tán nên khả năng chịu bền
nhiệt tốt hơn.
14
ở nguyên công phay có thể gia công đợc nhiều bề mặt khác nhau bằng các
phơng pháp và ứng với các loại dao phay khác nhau (hìmh 1.2).
Hình 1-2 Các bề mặt gia công và các loại dao trên máy phay
a) Dao phay trụ
b,c) Dao phay đĩa
d,đ) Dao phay ngón
e,g) Dao phay mặt đầu
Dao phay có cấu tạo bởi nhiều lỡi cắt nên lực cắt dao động và lỡi 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 tuỳ theo công nghệ và theo công dụng nh:
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 trờng
hợp này các mảnh dao còn gọi là các mảnh quay đợc chế tạo theo tiêu chuẩn và
15
đợc kẹp vào đầu dao nhờ cơ cấu kẹp chặt bằng vít. Mỗi mảnh quay có thể có nhiều
lỡi cắt.
1.2.1 Khái niệm chung về cấu tạo dao phay.
Quá trình phay đợc 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 lỡi dao tiện đơn giản (Hình 1.3).
Thông thờng thì dao phay là dụng cụ cắt có nhiều răng, nhng đôi khi ngời ta sử
dụng dao phay có một răng duy nhất.
Phần cắt của dao phay đợc chế tạo từ thép cácbon, thép gió, hợp kim cứng và vật
liệu sứ.
Bề mặt, lỡi cắt và các yếu tố khác của
răng dao phay có những tên gọi sau đây (tơng
tự nh các dao tiện):
+ Mặt trớc của răng 1, là bề mặt theo
đó phoi thoát ra.
+ Mặt sau của răng 4, là bề mặt hớng
vào mặt cắt trong quá trình gia công.
+ Lng của răng 5, là bề mặt tiếp giáp
với mặt trớc của một răng và mặt sau của răng
Hình 1.3.So sánh dao tiện
và răng dao phay
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 lỡi cắt của nó.
+ Lỡi cắt 2, là một đờng tạo bởi giao tuyến của hai mặt trớc và sau của
răng.
+ Lỡi cắt chính là lỡi cắt thực hiện công việc chính trong quá trình gia
công. ở dao phay hình trụ, lỡi cắt chính có thể là thẳng (theo đờng sinh của hình
trụ) nghiêng so với đờng sinh hoặc có dạng đờng xoắn ốc.
16
ở dao phay mặt đầu cũng giống nh dao tiện, ngời ta phân biệt:
+ Lỡi cắt chính - là lỡi cắt nghiêng một góc so với trục của dao phay.
+ Lỡi cắt phụ- là lỡi cắt nằm ở mặt đầu của dao phay.
+ Lỡi cắt chuyển tiếp - là lỡi cắt nối các lỡi cắt chính và lỡi cắt phụ với
nhau.
Dựa theo bề mặt đợc mài dao phay, ngời ta chia kết cấu của răng ra làm
hai loại:
+ Răng nhọn là răng đợc mài theo mặt sau.
+ Răng tù là răng chỉ đợc mài theo mặt trớc.
Ngời ta phân biệt các thành phần của dao nh sau:
+ Chiều cao h là khoảng cách giữa lỡi cắt và đáy của rãnh, đo trong tiết diện
hớng kính vuông góc với đờng tâm của dao.
+ Bề rộng mặt sau của răng là khoảng cách giữa lỡi cắt và đờng giao nhau
của mặt sau với lng của răng, do trong phơng vuông góc với lỡi cắt.
+ Bớc vòng của răng là khoảng cách giữa các điểm tơng ứng trên lỡi cắt
của hai răng liền nhau, đợc đo theo cung tròn với tâm nằm trên trục dao và trong
mặt phẳng vuông góc với trục này. Bớc vòng của dao phay có thể bằng nhau và
cũng có thể không bằng nhau.
+ Lợng hớt lng k là khoảng cách hạ thấp của đờng cong hớt lng giữa hai
lỡi cắt của hai răng kề nhau.
+ Rãnh là đờng lõm xuống dùng để thoát phoi, rãnh đợc tạo thành giữa
mặt trớc của một răng với mặt sau và lng của răng bên cạnh. Rãnh chia ra làm hai
loại: rãnh thẳng và rãnh xoắn ốc.
1.2.2. Các loại dao phay.
* Theo tính năng công nghệ ngời ta chia ra các loại dao phay sau:
a)
Dao gia công mặt phẳng.
b)
Dao gia công rãnh và rãnh then hoa.
c)
Dao gia công các mặt định hình.
d)
Dao gia công bánh răng và ren.
e)
Dao gia công các mặt tròn xoay.
17
f)
Dao dùng để cắt vật liệu.
* Theo đặc điểm cấu tạo ngời ta chia ra:
a) Theo phơng của răng có: Răng thẳng, răng nghiêng, răng xoắn và răng các
phơng khác nhau.
b) Theo kết cấu của răng: răng nhọn, răng hớt lng (răng tù).
c) Theo kết cấu bên trong: dao phay liền, dao phay ghép, dao phay răng chắp,
dao phay lắp ráp.
d) Theo phơng pháp kẹp chặt: dao có lỗ, dao phay ngón, dao phay có đuôi hình
trụ hoặc có đuôi hình côn.
* Dao phay kiểu mới:
Kết cấu của dao phay ảnh hởng
lớn tới khả năng làm việc của dao và hiệu
quả sử dụng chúng. Phơng hớng chính
để chế tạo dao phay hợp kim cứng kiểu
mới là dùng kết cấu của lắp ráp từ các
mảnh hợp kim cứng thay thế (khi mòn ta
chỉ việc thay thế các mảnh mới) hình 1-4.
Hình 1-4. Dao phay kiểu mới
Nhờ kẹp bằng cơ khí, cho phép xoay các mảnh hợp kim cứng, mà thay đổi
các lỡi cắt và cho phép sử dụng dao phay không cần phải mài lại. Sau khi các mảnh
này bị mòn hết, ta chỉ việc thay nhanh các mảnh mới. Thời gian để hồi phục dao
phay giảm xuống rất nhiều. Nhà máy chế tạo dao cung cấp cho mỗi dao 8-10 bộ
mảnh thay thế.
So với các mảnh hàn phải mài, việc sử dụng các mảnh cắt thay thế có những
u điểm sau đây:
- Tuổi bền cao hơn (cao hơn 30%) do không phải hàn và mài lại (quá trình
mài lại làm giảm tính chất cắt của hợp kim cứng).
- Thay đổi nhanh.
18
- Có thể sử dụng hợp kim cứng, có khả năng chống mòn cao (loại hợp kim
này dễ bị nứt khi hàn và khi mài).
- Có khả năng mạ một lớp hợp kim chống mòn (cácbit titan, Nitrit titan).
- Tăng nhanh phần trăm hoàn lại khi mài của lớp hợp kim (từ 15-20% đối với
dụng cụ hàn, lên tới 90%) đối với dụng cụ dùng mảnh hợp kim thay thế.
- Giảm thời gian phụ cần thiết để thay đổi và điều chỉnh dao mòn.
- Giảm số loại dao, đơn giản trong việc trang bị dụng cụ.
- Có khả năng tập trung sản xuất các bộ phận, thay thế cho các loại dụng cụ
khác nhau (dao tiện, dao phay, dao chuốt...)
- Các kích thớc và thông số hình học của dao đợc cố định, điều này đặc
biệt quan trọng đối với các máy điều khiển theo chơng trình số...
Hình 1.4 là dao phay mặt đầu có lỗ trong với các mảnh hợp kim thay thế.
Loại dao này dùng để gia công tinh và nửa tinh mặt phẳng chi tiết bằng thép và
gang. Dao cũng có thể để phay thô chi tiết với lợng d không quá 5mm. Độ đảo
mặt đầu của các lỡi dao là 0,02-0,03 mm.
Các mảnh hợp kim cứng có lỗ tròn đợc lắp lỏng trên chốt và dùng đinh vít kẹp
chặt xuống mặt tựa của dao (dạng lòng máng). Nhà máy Dao phay đã sản xuất các
dao phay mặt đầu có đờng kính 100 mm;125 mm và 160 mm với các mảnh hợp
kim tròn không mài lại (hợp kim BK và TK). Kết cấu của dao phay cho phép sử
dụng toàn chu vi phần cắt của các mảnh hợp kim. Nếu sử dụng hợp lí và độ mòn mặt
sau 1,7 mm thì đợc sử dụng mặt đầu thứ hai của mảnh hợp kim. Số lần quay của
mảnh hợp kim là 10 -12 khi phay tinh và nửa tinh là 6-7 khi phay thô. Sau khi mảnh
hợp kim bị mòn hết, ngời ta thay thế các mảnh mới. Mỗi dao phay có 8-10 bộ
mảnh hợp kim cứng thay thế.
1.2.3. Dao phay mặt đầu Các đặc trng cơ bản khi gia công.
1.2.3.1 Khái niệm về dao phay mặt đầu
Dao phay mặt đầu đợc dùng để gia công các mặt phẳng trên máy phay đứng
và ngang. Dao phay mặt đầu khác dao phay trụ ở chỗ là răng của dao phay mặt đầu
nằm ở cả bề mặt trụ và mặt đầu. Theo kết cấu, dao mặt đầu chia ra làm 2 loại: dao
19
liền và dao chắp có răng lớn và răng bé. Các thông số hình học cơ bản của dao phay
mặt đầu bao gồm:
Đờng kính D, chiều dài
L, đờng kính lỗ d và số răng Z.
u điểm của dao phay mặt đầu
với dao phay trụ là:
+ Có độ cứng vững cao
hơn khi kẹp nó trên trung tâm
hoặc trục chính của máy.
+ Quá trình làm việc êm
hơn vì nhiều răng cùng làm việc
đồng thời.
Hình 1-5 Các loại dao phay mặt đầu
Cũng nh dao phay trụ, dao phay mặt đầu đợc chia ra làm 2 loại theo chiều
quay: dao phải và dao trái (qui ớc theo chiều quay của kim đồng hồ).
Dao phay mặt đầu có các lỡi dao bằng hợp kim cứng đợc sử dụng rất rộng
rãi. Phay mặt phẳng bằng loại dao này có năng suất cao hơn so với dao phay trụ.
Mặt khác dao phay mặt đầu thể hiện một cách tờng minh nhất các bản chất
công nghệ của quá trình phay. Khi phay bằng dao phay mặt đầu ngời ta dễ dàng sử
dụng đợc các dao cắt đợc chế tạo từ vật liệu có độ bền cao dới dạng các dao
phay răng chắp. Chính vì thế khi gia công mặt phẳng ngời ta thờng sử dụng dao
phay mặt đầu. Khác với dao tiện làm việc liên tục, lỡi cắt của dao phay mặt đầu
làm việc gián đoạn và chịu va đập với tần số va đập bằng tần số góc của trục chính
(phay bề mặt liên tục) và chịu lực va đập lớn nhất khi phay thuận. Do đó, trong suốt
quá trình ở môi trờng làm việc cao, lỡi cắt của dao phay thờng bị sứt, vỡ. Sự phá
hỏng lỡi cắt này xảy ra không đều trên các răng. Các vết nứt thờng lớn nên mài rất
20
khó. Hơn nữa, dao phay là dụng cụ cắt nhiều lỡi nên đòi hỏi khá cao về vị trí tơng
quan của các lỡi cắt so với tâm dao. Một số dao phay mặt đầu nh hình 1-5.
Với dao phay mặt đầu có đờng kính 80 và 150 có các yêu cầu sau:
Độ đảo hớng kính của lỡi cắt chính không quá: 0.05 với 2 răng không kề nhau và
0.08 với 2 răng đối diện.
Độ đảo mặt đầu của lỡi cắt phụ không quá: 0.05
Việc mài sắc dao phay phải đợc thực hiện trên đồ gá chuyên dùng và máy
mài sắc vạn năng. Từ các nguyên nhân trên đây ta thấy việc sử dụng dao phay có kết
cấu liền hoặc hàn là không hợp lý. Hiện nay trên thế giới đã có nhiều những mảnh
dao phay mặt đầu ghép vào thân bằng các kết cấu khác nhau (chủ yếu ghép bằng cơ
khí).
So với dao phay liền hoặc dao phay hàn thì dao phay mặt đầu ghép mảnh có các u
điểm sau:
+ Cơ tính cắt của lỡi cắt cao hơn và cho phép sử dụng các mảnh dao có độ
bền cao.
+ Tiết kiệm đợc vật liệu quý hiếm.
+ Thay thế, phục hồi đơn giản, thuận tiện.
+ Hiệu quả kinh tế cao.
Chọn đối tợng nghiên cứu dao phay mặt đầu răng chắp là trờng hợp tổng quát, có
khả năng đáp ứng và đón đầu sự phát triển của nguyên công phay.
1.2.3.2 Thông số hình học của dao phay mặt đầu.
Ngoài một số có kết cấu tơng tự nh những dụng cụ cắt khác, dao phay mặt đầu
còn có một số các thông số và đặc điểm kết cấu khác:
Mỗi răng của dao phay mặt đầu có 3 lỡi cắt (hình 1-6). Khi phay bằng mặt
đầu thì lỡi 2-3 là lỡi cắt chính, lỡi 3-4 là lỡi cắt phụ, còn lỡi 2-1 không làm
việc. Khi phay mặt phẳng thẳng đứng bằng lỡi trên mặt trụ thì chỉ có một lỡi 1-2
tham gia cắt. Lúc này dao phay mặt đầu làm việc giống nh dao phay trụ và vai trò
của góc giống nh dao phay trụ phay thành đứng.
21
Đối với dao phay mặt đầu làm bằng hợp kim cứng thờng làm răng chắp, lúc
đó phần cắt răng dao phay giống nh dao tiện (hình 1-6). Nó chỉ có một lỡi cắt
chính và một lỡi cắt phụ.
Ngoài ra để tăng sức bền
của lỡi cắt và tuổi bền của dao,
ngời ta làm thêm một lỡi cắt nối
tiếp có chiều dài f0 bằng khoảng 11,5 mm với góc nghiêng hoặc thay
bằng cung tròn bán kính r.
Góc và 0 đợc đo trong tiết diện
chính A-A.
Hình 1-6 - Cấu tạo dao phay mặt đầu
Góc tại một điểm của lỡi cắt chính là góc giữa mặt phẳng tiếp xúc với mặt
trớc và mặt đáy đi qua điểm đó, đo trong tiết diện chính (mặt đáy là mặt phẳng
chứa trục dao và điểm đang xét).
Góc 0 tại một điểm của lỡi cắt chính là góc giữa mặt phẳng tiếp xúc với mặt sau
và mặt tiếp xúc tại điểm đó, đo trong tiết diện chính.
Góc trớc hớng kính 1 là góc gồm giữa tiếp tuyến với vết của mặt trớc và phơng
hớng kính tại một điểm của lỡi cắt đo trong tiết diện mặt đầu.
Góc trớc hớng trục 2 là góc gồm giữa tiếp tuyến với mặt trớc và phơng hớng
kính tại một điểm của lỡi cắt và phơng hớng trục đo trong tiết diện chứa véc tơ
tốc độ cắt và song song với trục dao phay đo trong tiết diện đó.
Mối quan hệ đợc biểu diễn bằng các biểu thức sau:
Tg = tg2 cos + tg1 sin
Tg 1 = tg sin + tg cos khi > 0
Tg 1 = tg sin - tg cos khi < 0
(1.1)
Tg 2 = tg cos - tg sin khi > 0
22
Tg 2 = tg sin + tgsin khi < 0
Tg = tg2 sin tg1 cos khi > 0
Tg = tg2 sin + tg1 cos khi < 0
Góc sau trong quan hệ mặt đầu và tiết diện chính có quan hệ sau:
Tg n = Tg .sin / cos
(1.2)
ở đây: là góc nâng của lỡi cắt chính.
1.2.3. 3. Các yếu tố của chế độ cắt khi phay và lớp kim loại bị cắt khi phay bằng
dao phay mặt đầu
1. Tốc độ cắt v: Đợc tạo thành từ chuyển động chính là chuyển động
tơng đối đơn giản của dụng cụ cắt và chi tiết gia công, thờng đợc thực hiện với
tốc độ lớn nhất và gây nên quá trình cắt gọt. Tốc độ cắt v là quãng đờng (đo bằng
mét) mà một điểm trên lỡi cắt chính ở cách trục quay xa nhất đi đợc trong một
phút.
Để xác định quãng đờng mà điểm đó đi đợc trong một phút, cần phải nhân
quãng đờng đi đợc sau một vòng với số vòng quay của dao trong một phút, tức là
Dn (mm/ph). Nếu tốc độ cắt biểu thị bằng m/ph, thì công thức tính tốc độ cắt có
dạng sau:
v=
D.n
(1.3)
1000
Khi cần xác định số vòng quay của dao phay trong một phút ta có công thức:
n=
1000.v
D
(1.4)
2. Lợng chạy dao S là chuyển động tơng đối của dụng cụ và chi tiết gia
công đợc thêm vào chuyển động chính và tạo điều kiện đa vùng gia công lan ra
toàn thể bề mặt gia công. chuyển động chạy dao có thể liên tục và có thể gián đoạn.
Khi phay, ngời ta phân biệt các dạng lợng chạy dao nh sau: lợng chạy
dao một răng SZ, lợng chạy dao một vòng SV và lợng chay dao trong một phút Sph.
Theo phơng cắt, ngời ta còn phân biệt lợng chạy dao dọc, lợng chạy dao ngang,
lợng chạy dao thẳng đứng.
23
Lợng chạy dao một vòng quay của dao phay sz (mm/vòng)- là lợng chuyển
dịch của bàn máy mang chi tiết so với dao khi dao quay đợc một răng.
Lợng chạy dao một vòng quay của dao phay sV (mm/vòng)- là lợng
chuyển dịch của bàn máy mang chi tiết so với dao sau một vòng quay của dao phay.
Lợng chạy dao một vòng bằng lợng chay dao răng nhân với số răng của dao phay:
S0 = Sz.Z
(1.5)
Lợng chạy dao phút SM (mm/ phút)- là lợng dịch chuyển tơng đối của bàn máy
mang chi tiết so với dao phay trong một phút. Lợng chạy dao phút bằng lợng chạy
dao một vòng nhân với số vòng quay trong một phút.
SM = S0.n = Sz.Z.n
(1.6)
3. Chiều sâu cắt t: Là kích thớc lớp kim loại bị cắt đo theo phơng vuông
góc với trục của dao phay ứng với góc tiếp xúc . Khi phay bằng dao phay mặt đầu
thì :
+ Phay không đối xứng t đợc đo ứng với cung chắn góc tiếp xúc .
Hình 1.7 Thông số lớp cắt khi phay bằng dao mặt đầu
+ Phay đối xứng thì t bằng chiều rộng chi tiết.
24
4. Chiều rộng phay B: Là lớp kích thớc kim loại đo theo phơng chiều trục của dao
phay. Khi phay bằng dao mặt đầu thì chiều rộng phay bằng chiều sâu cắt to ( B =to)
5. góc tiếp xúc: Là góc ở tâm của dao chắn cung tiếp xúc giữa dao và chi tiết.
+ Khi phay đối xứng bàng dao phay mặt đầu thì:
Sin
2
t
D
=
(1.7)
+ Khi phay không đối xứng bằng dao phay mặt đầu thì:
=
2 t
+ arcsin (
D
2
-1 )
(1.8)
6. Chiều dày cắt a
Sau khi bàn máy dịch chuyển một lợng SZ thì quỹ đạo của lỡi cắt dịch chuyển một
đoạn từ vị trí 1 đến vị trí 2 và lỡi dao cắt một lớp kim loại có chiều dày aM. Theo
hình 1.7 aM = n sin = SZ sin cos
Với là góc nghiêng chính.
Mỗi răng lần lợt tham gia cắt ở tiết diện B- B ứng với =
, rồi theo sự chuyển
2
động của lỡi cắt góc giảm dần đến 0 tại tiết diện A-A, rồi lại tăng dàn đến =
, khi răng dao thoát khỏi vùng tiếp xúc.
2
Tại tiết diện B-B với =
thì:
2
Tại tiết diện A-A với = 0 thì:
Tại tiết diện C-C
với = -
aMin= SZ sin cos
2
(1.9)
aMax = SZ sin
thì:
2
aMin= SZ sin cos
(1.10)
2
(1.11)
Vì chiều dày cắt biến động nên ta phải tính giá trị trung bình. Gần đúng ta coi chiều
dày cắt trung bình tại vị trí ứng với =
a tb = SZ sin cos
của cung tiếp xúc:
4
4
(1.12)
7. Chiều rộng lớp cắt b khi phay mặt đầu: Trờng hợp này giống nh tiện có chiều
rộng không đổi.
25
