Nghiên cứu phương pháp xác định độ cứng vững động của máy phay đứng

Trần quang thanh

Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội
-------------------------------------------

công nghệ cơ khí

Luận văn thạc sỹ khoa học
Ngành: Công nghệ cơ khí
Nghiên cứu phương pháp xác định
độ cứng vững động của máy phay đứng

Trần quang thanh

2007 - 2009
Hµ néi
2009

Hµ néi 2009


Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội
-------------------------------------------

Luận văn thạc sỹ khoa học
Nghiên cứu phương pháp xác định
độ cứng vững động của máy phay đứng
Ngành: Công nghệ cơ khí
MÃ số:

Trần quang thanh
Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Trần Văn Địch

Hà nội 2009


1
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

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

Trần Quang Thanh

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương


2
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

Lời cảm ơn
Tôi xin trân trọng cảm ơn thày GS-TS Trần Văn Địch đà tạo điều kiện,
hướng 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 trường ĐHBK Hà Nội
cung cấp cho tôi những kiến thức cần thiết trong suốt thời gian tôi được học và
quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin cảm ơn các thày cô trường Cao đẳng công nghiệp Sao Đỏ và các
bạn đồng nghiệp đà tạo điều kiện giúp đỡ, đóng góp ý kiến để hoàn thành phần
thực nghiệm.

Tác giả luận văn

Trần Quang Thanh

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương


3
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

Mục lục
Trang
Lời cam đoan.1

Lời cảm ơn.........2
Mở đầu..5
Chương 1: Tổng quan về nguyên công phay..7
1.1 Khái niệm về qúa trình cắt kim loại...7
1.2 Một số vấn đề về gia công phay.8
1.2.1 Khái niệm chung về cấu tạo dao phay..10
1.2.2 Các loại dao phay..12
I.2.3 Dao phay mặt đầu Các đặc trưng cơ bản khi gia công..13
1.2.4 Lực cắt trong quá trình phay bằng dao phay mặt đầu20
1.2.5 Xác định công suất cắt .23
1.2.6 ảnh hưởng của các yếu tố khác đến lực cắt khi phay..............24
1.2.7 Hiện tượng mài mòn của dao phay mặt đầu khi cắt .26
1.3 Những hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình phay..34
1.3.1 Nhiệt cắt....34
1.3.2 Hiện tượng rung động trong quá trình cắt.35
1.3.3 Hiện tượng cứng nguội trong quá trình gia công..36
1.3.4 Tuổi bền và tốc độ cắt khi phay.....36
Chương 2: Giới thiệu về máy phay38
2.1 Các loại máy phay38
2.2 Giói thiệu về máy phay đứng39
2.2.1 Máy phay đứng vạn năng..39
2.2.2 Máy phay đứng điều khiển theo chương trình số..40
2.3 Thông số kỹ thuật của một số loại máy phay41
2.4 Khả năng công nghệ của máy phay đứng.....46
2.4.1 Phay mặt phẳng bằng dao phay mặt đầu46
2.4.2 Phay mặt phẳng nghiêng và góc nghiêng.......47

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương

4
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

2.4.3 Phay hèc, bËc, r·nh b»ng dao phay ngãn…………………….48
2.4.4 Phay r·nh then bằng dao phay ngón trên máy phay rÃnh then
tự động..49
2.4.5 Phay rÃnh chữ T50
Chương 3: Nghiên cứu độ cứng vững của hệ thông công nghệ..51
3.1 Lý thuyết độ cứng vững..51
3.2 ảnh hưởng của biến dạng hệ thống công nghệ đến sai số gia công
trong một số trường hợp..56
3.2.1 ảnh hưởng của biến dạng hệ thống công nghệ khi tiện..56
3.2.2.ảnh hưởng của biến dạng hệ thống công nghệ khi phay64
Chương 4: Thí nghiệm, xác định độ cứng vững của máy phay đứng67
4.1 Mô hình xác định độ cứng vững bằng thực nghiệm67
4.1.1 Xác định độ cứng vững tĩnh.....67
4.1.2 Mô hình xác định độ cứng vững động......68
4.2 Thí nghiệm xác định độ cứng vững động của máy phay đứng70
4.2.1 Hệ thống thí nghiệm.70
4.2.2 Tiến hành thí nghiệm70
Kết luận và kiến nghị..85
Tài liệu tham khảo..........................................................................87
Phụ lục: Một số hình ảnh làm thực nghiệm tại Trường Cao đẳng
công nghiệp Sao Đỏ.88

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương


5
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

Mở đầu
Cùng với sự lớn mạnh của của nền kinh tế đất nước, ngành cơ khí trong
đó cơ khí chế tạo vẫn khảng định thế mạnh của mình với vai trò chủ đạo và
không ngừng đáp ứng việc tạo ra những sản phẩm chất lượng tốt, độ tin cậy cao
và đủ sức cạnh tranh.
Nhữmg chỉ tiêu tạo ra các sản phẩm đó được quyết định bởi độ chính xác
gia công.
Độ chính xác gia công là đặc tính chủ yếu của chi tiết máy. Trong thực tế
không thể chế tạo chi tiết có độ chính xác tuyệt đối bởi vì khi gia công xt hiƯn
sai sè.
Cã rÊt nhiỊu u tè ¶nh h­ëng tíi độ chính xác gia công như: Độ chính
xác của thiết bị công nghệ, kiến thức công nghệ, vật liệu gia công, vật liệu làm
dụng cụ cắt, các thông số cắt, công nghệ bôi trơn v.v..
Tất cả các yếu tố trên đều phản ánh vào những đặc trưng trong quá trình
gia công đó là: rung động, chuyển vị tương đối giữa dao với chi tiết gia công và
biến dạng mà được nâng thành lý thuyết về độ cứng vững.
ĐÃ có khá nhiều lý thuyết về độ cứng vững của hệ thống công nghệ trong
gia công cắt gọt kim loại, song việc kiểm nghiệm, cách thức tiến hành thực
nghiệm và đưa ra những số liệu cụ thể lại là một vấn đề thời sự nóng hổi và rất
cần thiết.
Trong các loại máy công cụ thì máy phay có vị trí rất cơ bản vì nó gia

công những sản phẩm đặc trưng của ngành chế tạo máy, do đó em chọn đề tài
của luận văn là Nghiên cứu độ cứng vững của máy phay đứng
* Cơ sở khoa học của đề tài:
Lý thuyết cắt gọt kim loại.
Lý thuyết về độ cứng vững.
* Mục đích của đề tài:
Xác định độ cứng vững động của máy phay đứng bằng thực nghiệm.
* Nội dụng của luận văn bao gồm:
Chương 1: Tổng quan về nguyên công phay.
Chương 2: Giới thiệu về máy phay.
Chương 3: Nghiên cứu độ cứng vững của hệ thống công nghệ.
Chương 4: Thí nghiệm, xác định độ cứng vững của máy phay đứng.

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương


6
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

Kết luận và kiến nghị.
Trong quá trình làm luận văn, em đà rất cố gắng tìm tòi nhiều tài liệu
liên quan đến đề tài, nghiên cứu khá kỹ lý thuyết cắt gọt kim loại của quá trình
phay, nghiên cứu lý thuyết độ cứng vững của các nguyên công khác như: Tiện,
phay,....Đặc biệt đà tiến hành gia công, thực nghiệm kiểm tra bằng những
phương pháp khác nhau trên các thiết bị đo hiện đại để đưa ra các số liệu trung
thực nhất. Kết quả đà chứng minh và làm sáng tỏ lý thuyết về biến dạng của hệ

thông công nghệ. Em tin rằng đây cũng là tiền đề để tiếp tục nghiên cứu những
ảnh hưởng khác đến độ chính xác gia công.
Do thời gian có hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên chắc chắn còn
những thiếu sót, em rất mong sự chỉ bảo của các thày, sự đóng góp ý kiến của
các bạn đồng nghiệp, để bản luận văn được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.
Chí Linh, tháng 9 năm 2009
Tác giả

Trần Quang Thanh

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương


7
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

Chương 1: Tổng quan về nguyên công phay
1.1 Khái niệm về qúa 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 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 dao, được giới hạn giữa
vùng vật liệu phoi và vùng vật liệu
phôi. Dưới tác dụng của lực tác
động, trước hết trong vùng này
xuất hiện biến dạng dẻo (còn gọi
là vùng biến dạng dẻo thứ nhất).
Khi ứng suất do lực tác
Hình 1-1Mô hình tác động
động gây ra vượt quá giới hạn cho
trong quá trình tạo phoi
phép của kim loại thì xuất hiện sự
trượt và phoi được hình thành.
Vùng tạo phoi luôn luôn di chuyển cùng với dao trong qúa trình cắt.
2- Vùng ma sát trượt thứ nhất: Là vùng vật liệu phoi tiếp xúc với mặt
trước của dao.
3- Vùng ma sát thứ hai: Là vùng vật liệu phôi tiếp xúc với mặt sau của
dao.
4- Vùng tách: Quá trình cắt kim loại là qúa trình hớt đi một lớp phoi trên
bề mặt kim loại để có chi tiết đạt kích thước, hình dạng và độ nhẵn bóng theo
yêu cầu.

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương

8
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

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 kh¸c nhau nh­ : dao tiƯn, dao phay, l­ìi 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 phương
dọc hoặc ngang.
Chuyển động chạy dao khi phay là chuyển động tịnh tiến của bàn máy
mang vật gia công theo phương dọc, ngang hoặc thẳng đứng.
Tốc độ của chuyển động chính luôn lớn hơn tốc độ của chuyển động
chạy dao. Trong quá trình cắt kim loại, các bề mặt mới được hình thành do các
lớp bề mặt biến dạng và được hớt dần với sự tạo thành phoi. Phôi và dao được
kẹp chặt trên máy. Khi cắt vật liệu dẻo, người ta phân biệt các giai đoạn hình
thành phoi như sau: Khi mới bắt đầu cắt, dao và chi tiết tiếp xúc với nhau, sau đó
lưỡi dao ăn sâu vào kim loại làm vật liệu bị dồn ép. Sự lún sâu của lưỡi dao vào
vật liệu sẽ thắng lực liên kết giữa lớp kim loại bị hớt đi và phần kim loại còn lại.
Hiện tượng này dẫn đến sự trượt phân tử phoi đầu tiên. Sau đó dao tiếp tục
chuyển động và tách những phân tử phoi tiếp theo khỏi kim loại chính. Từ đó
phoi được hình thành và thực hiện quá trình cắt gọt.
1.2 Một số vấn đề về gia công phay:
Là phương pháp gia công cắt gọt, trong đó dụng cụ cắt quay tròn tạo ra
chuyển động cắt. Chuyển động tịnh tiến của dao thường do bàn máy đảm nhiệm,

cũng có khi do cả dao và máy kết hợp. Khác với tiện và khoan, các lưỡi cắt của
dao phay không tham gia liên tục nên phoi ngắn hơn, gián đoạn nên xuất hiện
lực va đập. Tuy nhiên ở trường hợp này nhiệt có điều kiện phân tán nên khả năng
chịu bền nhiệt tốt hơn.
ở nguyên công phay có thể gia công được nhiều bề mặt khác nhau bằng
các phương pháp và ứng với các loại dao phay khác nhau (Hình 1-2).
Hình 1-2 Các bề mặt gia công và
1 số loại dao trên máy phay

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương


9
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

B
a, Phay mặt phẳng bậc
bằng dao phay trụ

b, Phay mặt phẳng bậc
bằng dao phay mặt đầu

c, Một vài loại dao phay ngón d, Phay bậc bằng dao phay
đuôi trụ, đuôi côn
ngón trên máy phay đứng

e, Phay mặt phẳng bậc bằng dao phay mặt
đầu trên máy phay đứng

Luận văn cao học

đ, Dùng dao phay đĩa
khi phay bậc hẹp

g, Phay mặt phẳng bậc bằng dao phay mặt
đầu trên máy phay ngang

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương


10
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

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 tuỳ 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.
1.2.1 Khái niệm chung về cấu tạo 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 cácbon, thép gió, hợp kim
cứng và vật liệu sứ.

Hình 1-3 So sánh dao tiện
và răng dao phay

Bề mặt, lưỡi cắt và các yếu tố khác của răng dao phay có những tên gọi
sau đây (tương tự như các dao tiện):
+ Mặt trước của răng 1, là bề mặt theo đó phoi thoát ra.
- Mặt sau của răng 4, là bề mặt hướng vào mặt cắt trong quá trình gia
công.

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương


11
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

- Lưng của răng 5, là bề mặt tiếp giáp với mặt trước của một răng và mặt
sau của răng cạnh đó. Nó có thể là mặt phẳng, gẫy khúc hoặc mặt cong.
- Mặt phẳng đầu, là mặt phẳng vuông góc với trục của dao phay.
- Mặt phẳng tâm, là mặt phẳng đi qua trục của dao và một điểm quan sát

trên lưỡi cắt của nó.
- Lưỡi cắt 2, là một đường tạo bởi giao tuyến của hai mặt trước và sau
của răng.
- Lưỡi cắt chính là lưỡi cắt thực hiện công việc chính trong quá trình gia
công. ở dao phay hình trụ, lưỡi cắt chính có thể là thẳng (theo đường sinh của
hình trụ) nghiêng so với đường sinh hoặc có dạng đường xoắn ốc.
ở dao phay mặt đầu cũng giống như dao tiện, người ta phân biệt:
- Lưỡi cắt chính - là lưỡi cắt nghiêng một góc so với trục của dao phay.
- Lưỡi cắt phụ- là lưỡi cắt nằm ở mặt đầu của dao phay.
- Lưỡi cắt chuyển tiếp - là lưỡi cắt nối các lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ
với nhau.
Dựa theo bề mặt được mài dao phay, người ta chia kết cấu của răng ra
làm hai loại:
- Răng nhọn là răng được mài theo mặt sau.
- Răng tù là răng chỉ được mài theo mặt trước.
Người ta phân biệt các thành phần của dao như sau:
- Chiều cao (h) là khoảng cách giữa lưỡi cắt và đáy của rÃnh, đo trong
tiết diện hướng kính vuông góc với đường tâm của dao.
- Bề rộng mặt sau của răng là khoảng cách giữa lưỡi cắt và đường giao
nhau của mặt sau với lưng của răng, đo trong phương vuông góc với lưỡi cắt.
- Bước vòng của răng là khoảng cách giữa các điểm tương ứng trên lưỡi
cắt của hai răng liền nhau, được đo theo cung tròn với tâm nằm trên trục dao và
trong mặt phẳng vuông góc với trục này. Bước vòng của dao phay có thể bằng
nhau và cũng có thể không bằng nhau.
- Lượng hớt lưng (k) là khoảng cách hạ thấp của đường cong hớt lưng
giữa hai lưỡi cắt của hai răng kề nhau.
- RÃnh là đường lõm xuống dùng để thoát phoi, rÃnh được tạo thành giữa
mặt trước của một răng với mặt sau và lưng của răng bên cạnh. RÃnh chia ra làm
hai loại: rÃnh thẳng và rÃnh xoắn ốc.

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương


12
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

1.2.2 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.
* 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 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 lưỡi 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 ưu điểm sau đây:

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương


13
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

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

- Có khả năng mạ một lớp hợp kim chống mòn (cácbit titan, Nitrit titan).
- Tăng nhanh phần trăm hoàn lại khi mài của lớp hợp kim (từ 15-20% đối
với dụng cụ hàn, lên tới 90%) đối với dụng cụ dùng mảnh hợp kim thay thế.
- Giảm thời gian phụ cần thiết để thay đổi và điều chỉnh dao mòn.
- Giảm số loại dao, đơn giản trong việc trang bị dụng cụ.
- Có khả năng tập trung sản xuất các bộ phận, thay thế cho các loại dụng
cụ khác nhau (dao tiƯn, dao phay, dao cht...)
- C¸c kÝch th­íc và thông số hình học của dao được cố định, điều này
đặc biệt quan trọng đối với các máy điều khiển theo chương trình số...
Hình 1-4 là dao phay mặt đầu có lỗ trong với các mảnh hợp kim thay thế.
Loại dao này dùng để gia công tinh và nửa tinh mặt phẳng chi tiết bằng thép và
gang. Dao cũng có thể để phay thô chi tiết với lượng dư không quá 5 mm. Độ
đảo mặt đầu của các lưỡi dao là 0,02-0,03 mm.
Các mảnh hợp kim cứng có lỗ tròn được lắp lỏng trên chốt và dùng đinh
vít kẹp chặt xuống mặt tựa của dao (dạng lòng máng). Nhà máy Dao phay đÃ
sản xuất các dao phay mặt đầu có đường kính 100mm;125mm và 160 mm với
các mảnh hợp kim tròn không mài lại (hợp kim BK và TK). KÕt cÊu cđa dao
phay cho phÐp sư dơng toµn chu vi phần cắt của các mảnh hợp kim. Nếu sử dụng
hợp lí và độ mòn mặt sau 1,7 mm thì được sử dụng mặt đầu thứ hai của mảnh
hợp kim. Số lần quay của mảnh hợp kim là 10 -12 khi phay tinh vµ nưa tinh lµ 67 khi phay thô. Sau khi mảnh hợp kim bị mòn hết, người ta thay thế các mảnh
mới. Mỗi dao phay có 8-10 bộ mảnh hợp kim cứng thay thế.
1.2.3 Dao phay mặt đầu - Các đặc trưng cơ bản khi gia công.
1.2.3.1 Khái niệm về dao phay mặt đầu
Dao phay mặt đầu được dùng để gia công các mặt phẳng trên máy phay
đứng và ngang. Dao phay mặt đầu khác dao phay trụ ở chỗ là răng của dao phay
mặt đầu nằm ở cả bề mặt trụ và mặt đầu. Theo kết cấu, dao mặt đầu chia ra làm

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương

14
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

2 loại: dao liền và dao chắp có răng lớn và răng bé. Các thông số hình học cơ bản
của dao phay mặt đầu bao gồm:
Cũng như dao phay trụ, dao
phay mặt đầu được chia ra làm 2 loại
theo chiều quay: dao phải và dao trái
(qui ước theo chiều quay của kim
đồng hồ).
Đường kính D, chiều dài L,
đường kính lỗ d và số răng Z. ưu
điểm của dao phay mặt đầu với dao
phay trụ là:
+ Có độ cứng vững cao hơn khi
kẹp nó trên trung tâm hoặc trục chính
của máy.
Hình 1-5 Các loại dao phay mặt đầu
+ Quá trình làm việc êm hơn vì
nhiều răng cùng làm việc đồng thời.
Dao phay mặt đầu có các lưỡi dao bằng hợp kim cứng được 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 tường minh nhất các bản
chất công nghệ của quá trình phay. Khi phay bằng dao phay mặt đầu người ta dễ
dàng sử dụng được các dao cắt được chế tạo từ vật liệu có độ bền cao dưới dạng

các dao phay răng chắp. Chính vì thế khi gia công mặt phẳng người ta thường sử
dụng dao phay mặt đầu. Khác với dao tiện làm việc liên tục, lưỡi cắt của dao
phay mặt đầu làm việc gián đoạn và chịu va đập với tần số va đập bằng tần số
góc của trục chính (phay bề mặt liên tục) và chịu lực va ®Ëp lín nhÊt khi phay
thn. Do ®ã, trong st qu¸ trình ở môi trường làm việc cao, lưỡi cắt của dao
phay thường bị sứt, vỡ. Sự phá hỏng lưỡi cắt này xảy ra không đều trên các răng.
Các vết nứt thường lớn nên mài rất khó. Hơn nữa, dao phay là dụng cụ cắt nhiều
lưỡi nên đòi hỏi khá cao về vị trí tương quan của các lưỡi cắt so với tâm dao. Một
số dao phay mặt đầu như hình 1-5.
Với dao phay mặt đầu có đường kính 80 và 150 có các yêu cầu sau:

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương


15
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

Độ đảo hướng kính của lưỡi cắt chính không quá: 0.05 với 2 răng không
kề nhau và 0.08 với 2 răng đối diện.
Độ đảo mặt đầu của lưỡi cắt phụ không quá: 0.05
Việc mài sắc dao phay phải được thực hiện trên đồ gá chuyên dùng và
máy mài sắc vạn năng. Từ các nguyên nhân trên đây ta thấy việc sử dụng dao
phay có kết cấu liền hoặc hàn là không hợp lý. Hiện nay trên thế giới đà có nhiều
những mảnh dao phay mặt đầu ghép vào thân bằng các kết cấu khác nhau (chủ
yếu ghép bằng cơ khí).
So với dao phay liền hoặc dao phay hàn thì dao phay mặt đầu ghép mảnh

có các ưu điểm sau:
Cơ tính cắt của lưỡi cắt cao hơn và cho phép sử dụng các mảnh dao có
độ bền cao.
Tiết kiệm được vật liệu quý hiếm.
Thay thế, phục hồi đơn giản, thuận tiện.
Hiệu quả kinh tế cao.
Chọn đối tượng nghiên cứu dao phay mặt đầu răng chắp là trường hợp
tổng quát, có khả năng đáp ứng và đón đầu sự phát triển của nguyên công phay.
1.2.3.2 Thông số hình học của dao phay mặt đầu.
Ngoài một số có kết cấu tương tự như những dụng cụ cắt khác, dao phay
mặt đầu còn có một số các thông số và đặc điểm kết cấu khác:
Mỗi răng của dao phay mặt đầu
có 3 lưỡi cắt (Hình 1-6). Khi phay bằng
mặt đầu thì lưỡi 2-3 là lưỡi cắt chính, lưỡi
3-4 là lưỡi cắt phụ, còn lưỡi 2-1 không
làm việc. Khi phay mặt phẳng thẳng đứng
bằng lưỡi trên mặt trụ thì chỉ có một lưỡi
1-2 tham gia cắt. Lúc này dao phay mặt
đầu làm việc giống như dao phay trụ và
vai trò của góc giống như dao phay trụ
phay thành đứng.
Đối với dao phay mặt đầu làm
bằng hợp kim cứng thường làm răng
Hình 1-6 Cấu tạo dao phay mặt đầu
chắp, lúc đó phần cắt răng dao phay

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương

16
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

giống như dao tiện (Hình 1-6). Nó chỉ
có một lưỡi cắt chính và một lưỡi cắt
phụ.
Ngoài ra để tăng sức bền của lưỡi cắt và tuổi bền của dao, người ta làm
thêm một lưỡi cắt nối tiếp có chiều dài f0 bằng khoảng 1-1,5 mm với góc
nghiêng hoặc thay bằng cung tròn bán kính r.
Góc và 0 được đo trong tiết diện chính A-A.
Góc tại một điểm của lưỡi cắt chính là góc giữa mặt phẳng tiếp xúc với
mặt trước và mặt đáy đi qua điểm đó, đo trong tiết diện chính (mặt đáy là mặt
phẳng chứa trục dao và điểm đang xét).
Góc 0 tại một điểm của lưỡi cắt chính là góc giữa mặt phẳng tiếp xúc
với mặt sau và mặt tiếp xúc tại điểm đó, đo trong tiết diện chính.
Góc trước hướng kính 1 là góc gồm giữa tiếp tuyến với vết của mặt trước
và phương hướng kính tại một điểm của lưỡi cắt đo trong tiết diện mặt đầu.
Góc trước hướng trục 2 là góc gồm giữa tiếp tuyến với mặt trước và
phương hướng kính tại một điểm của lưỡi cắt và phương hướng trục đo trong tiết
diện chứa véc tơ tốc độ cắt và song song víi trơc dao phay ®o trong tiÕt diƯn ®ã.
Mèi quan hệ được biểu diễn bằng các biểu thức sau:
Tg = tgγ2 cosφ + tgγ1 sinφ
Tg γ1 = tgγ sin φ + tgλ cos φ khi λ > 0
Tg γ1 = tgγ sin φ - tgλ cos φ khi λ < 0

(1.1)

Tg γ2 = tgγ cos φ - tgλ sin φ khi λ > 0
Tg γ2 = tgγ sin φ + tgλsin φ khi λ < 0
Tg λ = tgγ2 sin φ – tgγ1 cos φ khi λ > 0
Tg λ = tgγ2 sin φ + tgγ1 cos φ khi < 0
Góc sau trong quan hệ mặt đầu và tiÕt diÖn chÝnh cã quan hÖ sau:
(1.2)
Tg αn = Tg .sin / cos
ở đây: là góc nâng của lưỡi cắt chính.
1.2.3.3 Các yếu tố của chế độ cắt khi phay và lớp kim loại bị cắt khi phay
bằng dao phay mặt đầu
1. Tốc độ cắt (v): Được tạo thành từ chuyển động chính là chuyển động
tương đối đơn giản của dụng cụ cắt và chi tiết gia công, thường được thực hiện
với tốc độ lớn nhất và gây nên quá trình cắt gọt. Tốc độ cắt v là quÃng đường

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương


17
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

(đo bằng mét) mà một điểm trên lưỡi cắt chính ở cách trục quay xa nhất đi được
trong một phút.
Để xác định quÃng đường mà điểm đó đi được trong một phút, cần phải
nhân quÃng đường đi được sau một vòng với số vòng quay của dao trong một
phút, tức là 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. Lượng chạy dao (S): là chuyển động tương đối của dụng cụ và chi tiết gia
công được thêm vào chuyển động chính và tạo điều kiện đưa vùng gia công lan
ra toàn thể bề mặt gia công. chuyển động chạy dao có thể liên tục và có thể gián
đoạn.
Khi phay, người ta phân biệt các dạng lượng chạy dao như sau: lượng
chạy dao một răng SZ, lượng chạy dao một vòng SV và lượng chay dao trong một
phút Sph. Theo phương cắt, người ta còn phân biệt lượng chạy dao dọc, lượng
chạy dao ngang, lượng chạy dao thẳng đứng.
Lượng chạy dao một răng của dao phay sz (mm/vòng)- là lượng chuyển
dịch của bàn máy mang chi tiết so với dao khi dao quay được một răng.
Lượng chạy dao một vòng quay của dao phay sV (mm/vòng)- là lượng
chuyển dịch của bàn máy mang chi tiết so với dao sau một vòng quay của dao
phay. Lượng chạy dao một vòng bằng lượng chay dao răng nhân với số răng của

dao phay:
(1.5)
S0 = sz.z
Lượng chạy dao phút SM (mm/ phút)- là lượng dịch chuyển tương đối của
bàn máy mang chi tiÕt so víi dao phay trong mét phót. L­ỵng chạy dao phút
bằng lượng chạy dao một vòng nhân với sè vßng quay trong mét phót.
(1.6)
SM = S0.n = Sz.z.n
3. Chiều sâu cắt (t): Là kích thước lớp kim loại bị cắt đo theo phương vuông
góc với trục của dao phay øng víi gãc tiÕp xóc ψ. Khi phay b»ng dao phay mặt
đầu thì:

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương


18
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

+ Phay không đối xứng t được 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 b»ng chiỊu réng chi tiÕt.
4. ChiỊu réng phay (B): Lµ lớp kích thước kim loại đo theo phương chiều
trục của dao phay. Khi phay bằng dao mặt đầu thì chiều rộng phay bằng chiều
sâu cắt 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 bằng dao phay mặt đầu thì:
Sin


2

=

t
D

(1.7)

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

2t

+ arcsin (
2
D

-1 )

(1.8)

6. Chiều dày cắt (a)
Sau khi bàn máy dịch chuyển một lượng SZ thì quỹ đạo của lưỡi cắt dịch

chuyển một đoạn từ vị trí 1 đến vị trí 2 và lưỡi dao cắt một lớp kim loại có chiều
dày aM. Theo h×nh 1-7: aM = n sin φ = SZ sin cos
Với là góc nghiêng chính.

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải D­¬ng


19
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

Mỗi răng lần lượt tham gia cắt ở tiết diện B- B øng víi θ =

Ψ
, råi theo sù
2

chun ®éng cđa l­ìi cắt góc giảm dần đến 0 tại tiết diện A-A, rồi lại tăng dần
đến =


, khi răng dao thoát khỏi vùng tiếp xúc.
2


thì:
2

Tại tiết diện B-B với =

Tại tiết diện A-A với = 0 thì:
Tại tiết diƯn C-C

víi θ = -

aMin= SZ sinφ cos

Ψ
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 θ =
a tb = SZ sinφ cos

Ψ
cđa cung tiÕp xóc:
4

Ψ
4

(1.12)

7. Chiều rộng lớp cắt (b) khi phay mặt đầu: Trường hợp này giống như tiện
có chiều rộng không đổi.
Trường hợp λ = 0

b=

B
sin ϕ

(1.13)

Tr­êng hỵp λ ≠ 0

b=

B
sin ϕ cos

(1.14)

8. Diện tích cắt khi phay bằng dao mặt đầu:
Diện tích do một răng cắt : fi = ai bi
Hay fi = B. SZ.. cosθi
Tỉng diƯn tÝch c¾t do n răng đồng thời tham gia cắt:
F =b .SZ .

n


i =1

i

(1.15)
(1.16)

1.2.3.4 Phay thuận và phay nghịch
Tuỳ theo chiều quay với hướng tiến của dao phay người ta phân biệt hai
loại: phay nghịch và phay thuận.
Phay nghịch là quá trình phay, khi chiều chuyển động của dao phay và
của chi tiết ngược nhau.
Phay thuận là quá trình phay khi chiều chuyển động của dao phay và chi
tiết trùng nhau (Các dạng này không nghiên cứu sâu là góc sau đo trong tiết
diện vuông góc với trục dao.

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương

20
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

1.2.4 Lực cắt trong quá trình phay bằng dao phay mặt đầu
1.2.4.1 ý nghĩa của việc xác định lực cắt trong gia công cắt gọt
Việc tiến hành nghiên cứu lực cắt là rất quan trọng. Từ lực cắt, ta có thể
tính được công suất tiêu hao trong quá trình cắt.
Thông qua lực cắt, ta có thể đánh giá được tính gia công của các vật liệu
tạo cơ sở xác định chế độ cắt tối ưu cho các loại vật liệu gia công khác nhau ứng
với các loại vật liệu dụng cụ khác nhau.
Xác định được lực cắt chính xác, cho phép tối ưu hoá thiết kế hệ thống
công nghệ, tính và đưa ra được giải pháp và giảm được rung động trong quá trình
cắt, qua đó nâng cao được độ chính xác gia công.
Lực cắt khi phay đạt giá trị rất lớn nên đòi hỏi các máy phay có công
suất lớn, đặc biệt là các máy phay nhiều trục chính.
Lực cắt là nguyên nhân gây biến dạng mà đặc trưng là: "Độ cứng vững
hệ thống công nghệ".
1.2.4.2 Mô hình lực cắt khi phay mặt đầu
Đối với dao phay mặt đầu, vị trí tương đối giữa dao và chi tiết có ảnh
hưởng lớn đến tỷ lệ giữa các lực thành phần. Cũng như dao phay trụ ta có thể
phân tích lực tổng hợp R nằm trong mặt phẳng vuông góc với đường tâm dao
khi phay ra c¸c lùc nh­ sau: PZ; Pr; Pn; Pđ; Po.
Ta có thể phân tích mối quan hệ giữa các lực thành phần với lực vòng PZ
như sau:
Khi phay ®èi xøng:
Pd = (0,3 ÷ 0,4) pz

Pn = (0,8 ÷ 0,95) pz

(1.17)

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

(1.18)

Po = (0,5 ÷ 0,55) pz

LuËn văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương


21
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

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

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

(1.19)

Po = (0,5 ÷ 0,55) pz
Lực tiếp tuyến PZ ( còn gọi là lực vòng ) là lực cắt chính để tạo ra phoi,
dựa vào lực này để tính toán công suất máy cần thiết cho quá trình gia công.
Thông thường lực PZ giá trị lớn nhất.
Lực hướng kính PR hướng vuông góc với phương trục chính của máy
phay. Nó có xu hướng đẩy nghiêng trục gá dao trong quá trình gia công. Đồng
thời nó còn tao ra các áp lực lên các ổ trục chính của máy phay đứng, do đó gây
ra các mô men ma sát phụ lên ổ. Giá trị của lực này dùng để tính sức bền trục gá
dao và các ổ trục chính của máy.
Lực vuông góc với phương chuyển động Pđ (Py). Đối với phay mặt đầu
(không đối xứng) gây nên các biến đổi cơ tính lớp bề mặt đà gia công. Khi phay
mặt đầu, giá trị lực Pđ được xác định tính toán lực kẹp chi tiết khi gia công.
Thành phần lực nằm song song với phương chạy dao PN(PX) còn được gọi
là lực chạy dao. Tuỳ theo phay thuận hay phay nghịch mà nó có tác dụng tăng
hay khử độ dơ của cơ cấu truyền động vít me đai ốc. Khi tính toán đồ gá kẹp chi
tiết và cơ cấu chạy dao người ta dựa theo lực này.

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương


22
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

Trong trường hợp phay mặt đầu đối xứng: Dấu cộng ứng với trường hợp
phay nghịch, dấu trừ ứng với trường hợp phay thuận.

Khi biết giá trị của pz, pn và pd ta có thể tính được giá trị của pr.
Trong quá trình cắt, lực cắt tác dụng lên từng răng luôn luôn thay đổi
phụ thuộc vào sự thay đổi của diện tích cắt. Ta có thể tính các lực cắt thành phần
tức thời tác dụng lên từng răng dao tham gia cắt trong cung tiếp xúc . Tổng các
thành phần lực cùng tên đó chính là lực tác dụng lên toàn thân dao trong những
phương đà xác định.
Trong trường hợp tổng quát khi phương của lưỡi cắt dao phay mặt đầu
hợp với phương trục dao phay một góc là thì lúc này lực cắt tổng quát Q sinh
ra trong quá trình cắt được biểu diễn như sau:
Q = R + P0
Trong ®ã P0 – lùc theo ph­¬ng däc trơc cđa dao phay. Lực này có tác
dụng đẩy dao phay lên khỏi bề mặt gia công, tác dụng nên ổ đỡ của đầu trục máy
phay. Trong thực tế thì thành phần này ảnh hưởng lớn đến qúa trình gia công
nên trong quá trình nghiên cứu thường đề cập đến thành phần lực này.
1.2.4.3 Xác định lực tiếp tuyến khi phay bằng dao phay mặt đầu
Cơ sở thành lập công thức tính đối với dao phay mặt đầu cũng giống như
dao phay trụ:
Pi = q.fi
Quan hệ giữa lực cắt đơn vị q và kích thước lát cắt khi phay cũng như các
dạng gia công khác:
q=C.aim m <0
b i ; bi = B
fi =ai .
(1.21)
ai = Sz sin φ cos θi
Lùc c¾t øng víi răng thứ i tham gia cắt:
(1.22)
Pi = C.B(.Sin)m SZ(m+1) cosi (m+1)
Lực cắt do n răng cùng thamgia cắt:
(1.23)

P = C.B(.Sin)m SZ(m+1) cosi (m+1)
Trong đó: C Hệ số lực cắt đại lượng cố định phụ thuộc vật liệu gia
công và trị số góc trước của dao.
ai Chiều dày lát cắt tức thời của răng thứ i (m-m)
B Chiều rộng phay (mm)

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương


23
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Bộ môn CNCTM

Góc tiếp xúc tức thời tại thời điểm đang xét của răng thø i trong cung
tiÕp xóc.
m- Sè mị (m <0) nãi lên mức độ ảnh hưởng của chiều dày cắt a đến
lực cắt, phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công, lượng mòn dao và dung dịch
trơn nguội.
Các giá trị C và m có thể lấy gần đúng theo bảng.
Lực cắt chính và giá trị là lực tiếp tuyến PZ thay đổi về giá trị trong
quá trình cắt và chỉ trong trường hợp phay ổn định tại điều kiện biết trước, các
dao động của lực cắt sẽ rất nhỏ. Giá trị của các lực này tiến gần đến giá trị trung
bình của chúng PZTb .
Các lực này xác định thông qua áp lực cắt riêng q (q- áp lực lên 1mm2
diện tích cắt, có thể gọi là lực cắt đơn vị)
Lực cắt đơn vị là tỷ số của lực tiếp tuyến và diện tích cắt tương ứng
Cũng như tiện, khi phay, q là đại lượng thay đổi, phụ thuộc vào vật liệu

gia công vào kích thước phoi cắt và các thông số khác riêng đối với nguyên công
phay, tính toán sẽ phức tạp do bề dày phoi thay đổi liên tục trong quá trình cắt,
gây nên tải trọng tác động lên dao phay luôn thay đổi
Khi tính toán thực tế thường đòi hỏi giá trị P Ztb thì nó tìm được theo công
thức sau:
(1.24)
q = C.atbm
PZtb = C.atbm.Ftb
(1.25)
Trong đó:
atb bề dày trung bình của lát cắt (mm)
Ftb Diện tích trung bình của lát cắt (mm2)
q Lực cắt đơn vị (N/mm2 )
Theo công thức ta có PZtb = C.B.2m.t(m+1).Z.(sin)m/ .D(m+1).m.N (1.26)
1.2.5 Xác định công suất cắt
Công suất được tính theo công thức:
Nc =

PZ v
1020.60

(Kw)

Qua một số phép tính trung gian, người ta đà 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 từ (1.26) và v=.D.n/1000 ta được:

Luận văn cao học

HV: Trần Quang Thanh - Chí Linh - Hải Dương