Chapter 1 part1

+ Tốc độ cắt xác định tốc độ bóc tách phoi.+ Là l ợng dịch chuyển t ơng đối của một điểm trên l ỡi cắt chính so với bề mặt đang gia công trong một đơn vị thời gian, đo theo ph ơng véctơ

DỤNG CỤ CẮT 1

“Nguyên Lí & Dụng Cụ Cắt”

Giảng viên: Cao Thanh Long

Bộ môn: Dụng Cụ Cắt Vật Lỉệu Kĩ Thuật

• Chương 6: Gia công ren

• Chương 7: Gia công răng

• Chương 8: Mài

• Chương 9: Hệ thống dụng cụ cắt trên máy CNC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Nguyên lí gia công vật liệu – Đại học Bách khoa Hà nội –

2001

2 Nguyên lí & Dụng cụ cắt – ĐHKTCN – 1998

3 Thiết kế dụng cụ cắt kim loại – Xêmentrenco – Nhà xuất

bản KH&KT – 1976

4 Metal Cutting – E.M Trent – 1997

5 Metal Cutting Theory and Practice – David A

Stephenson –

& John S Agapiou – New York - 1997

CHƯƠNG I

thông số hình học của dụng cụ cắt và lớp cắt

Đ1 Những khái niệm và định nghĩa cơ bản

Đ2 Thông số hình học phần cắt

Đ3 Thông số hình học lớp cắt

- Là chuyển động cơ bản tạo ra phoi.

- Xác định tốc độ bóc tách phoi và tiêu thụ chủ yếu công suất cắt

- Có thể là chuyển động tịnh tiến hoặc quay tròn

, do dao hoặc phôi thực hiện

Chuyển động chạy dao: ( feed

- Chuyển động chạy dao cần thiết để có thể cắt hết chiều dài chi tiết

- Là các chuyển động để chuẩn bị và kết thúc quá trình cắt

Hình 2: Các chuyển động trong quá trình cắt

a: quá trình tiện; b: quá trình phay V: chuyển động cắt chính; S: chuyển động

- Là bề mặt trên phôi sẽ đ ợc hớt đi một lớp vật liệu.

- Là bề mặt chuyển tiếp giữa mặt đã và ch a gia công Hay có thể định nghĩa chính xác hơn: là tập hợp quỹ đạo chuyển động cắt t ơng đối của các

điểm trên đoạn l ỡi cắt chính đang tham gia cắt Bề mặt đang gia công tiếp xúc với đoạn l ỡi cắt chính

đang tham gia cắt

- Là bề mặt trên phôi đã đ ợc hớt đi một lớp vật liệu d ới dạng phoi

• Bề mặt đã gia công: (machined

surface)

Hình 3: Các bề mặt hình thành trong quá trình cắt (1: Bề mặt ch a gia công, 2: Bề mặt đang gia công, 3: Bề mặt đã gia công)

3 Các bề mặt trên phần cắt của dụng cụ

Phần thân của dụng cụ là phần nối giữa phần cắt của dụng cụ với máy Nó có nhiệm vụ:

- Định vị và kẹp chặt phần cắt của dụng

cụ so với máy

- Truyền chuyển động và công suất cắt từ máy tới phần cắt của dụng cụ

3.1 Phần thân:

(Holder)

- Phần cắt của dụng cụ là phần trực tiếp tham gia quá trình cắt.

- Phần cắt của dụng cụ bao gồm các l ỡi cắt và các

bề mặt sẽ được trỡnh bày d ới đây

- Phần cắt th ờng đ ợc chế tạo bằng các loại vật liệu có tính cắt tốt nh Thép gió, Hợp kim cứng, Gốm, Kim cương nhõn tạo Chất l ợng và

độ chính xác của phần cắt ảnh h ởng quyết định đến chất l ợng của dụng cụ cắt

3.2 Phần cắt: (cutting part)

H×nh 4: Quan hÖ gi÷a phÇn c¾t cña dao tiÖn ngoµi víi mét sè lo¹i dao kh¸c

H×nh 5: C¸c yÕu tè trªn phÇn c¾t cña dao tiÖn ngoµi

- Là bề mặt của dao đối diện với mặt đang gia công của phôi.

- Là bề mặt của dao đối diện với mặt đã gia công của phôi

- Lµ bÒ mÆt nèi tiÕp gi÷a mÆt sau chÝnh vµ mÆt sau phô MÆt chuyÓn tiÕp cã thÓ lµ mÆt ph¼ng hoÆc lµ mÆt cong tuú theo kÕt cÊu phÇn c¾t cña dông cô c¾t

(succeeding face)

- C¸c bÒ mÆt trªn phÇn c¾t cña dông cô cã thÓ lµ mÆt ph¼ng, còng cã khi lµ mÆt cong Giao tuyÕn gi÷a chóng t¹o nªn c¸c l ìi c¾t

• L ìi c¾t chÝnh: (tool major cutting

- Lµ giao tuyÕn gi÷a mÆt tr íc vµ mÆt sau chÝnh L ìi c¾t chÝnh tham gia c¾t chñ yÕu trong suèt qu¸ tr×nh c¾t

- Lµ giao tuyÕn gi÷a mÆt tr íc vµ mÆt sau phô Trong qu¸ tr×nh c¾t chØ mét phÇn nhá cña l ìi c¾t phô tham gia c¾t

• Mũi dao: (nose or corner)

Hình 6: Dao tiện cắt đứt và dao tiện ngoài

Trên phần cắt có thể có một hoặc nhiều l ỡi cắt chính và l ỡi cắt phụ

- Là phần chuyển tiếp giữa l ỡi cắt chính và l ỡi cắt phụ Mũi dao có thể nhọn hoặc có dạng cung tròn với bán kính ρ

- L îng ch¹y dao S (feed rate)

- ChiÒu s©u c¾t t (depth of cut)

+ Tốc độ cắt xác định tốc độ bóc tách phoi.

+ Là l ợng dịch chuyển t ơng đối của một điểm trên l ỡi cắt chính so với bề mặt đang gia công trong một

đơn vị thời gian, đo theo ph ơng véctơ tốc độ cắt

Tốc độ cắt tại một điểm trên l ỡi cắt đ ợc biểu diễn bởi một vectơ

V

S V

- vectơ tốc độ chạy dao

Trị số tốc độ chạy dao S th ờng rất nhỏ so với tốc độ cắt chính Vo Do đó, tốc độ cắt V và tốc độ cắt chính

Vo có trị số xấp xỉ bằng nhau Để đơn giản cho việc tính toán, trị số tốc độ cắt chính tại một điểm trên l ỡi cắt đ ợc coi là trị số tốc độ cắt tại điểm đó, tốc độ cắt đ ợc tính gần đúng: V = Vο

Khi tiện phôi có đ ờng kính D[mm], tốc độ quay của trục chính là n [v/p] thì tốc độ cắt đ ợc tính bằng:

] /

[ 1000

.

p m n D

V = ∏

Khi gia công, tốc độ cắt V đã xác định đ ợc (bằng cách tính hoặc tra các sổ tay), muốn đạt đ ợc tốc độ cắt

ấy ta phải tính ra tốc độ quay trục chính, sau đó đối chiếu với cấp tốc độ của máy Tốc độ quay trục chính tính theo công thức:

] /

[

1000

p

v D

V n

Π

=

Trong đó: n: tốc độ vòng quay trục chính [v/p].

D: đ ờng kính phôi gia công tại điểm

đang xét [mm]

C¸c l îng ch¹y dao th êng dïng:

- L îng ch¹y dao r¨ng (feed per tooth – mm/tooth)

- L îng ch¹y dao vßng (feed per revolution – mm/rev.)

- L îng ch¹y dao phót (feed per minute – mm/m)

+ L îng ch¹y dao Sph

+ L îng ch¹y dao vßng:

Ký hiÖu Sv, lµ l îng dÞch chuyÓn cña lưỡi cắt chính so với

đã gia công sau mét vßng quay cña dao

• ChiÒu s©u c¾t: Depth of Cut

ChiÒu s©u c¾t khi tiÖn trong ® îc tÝnh theo c«ng thøc:

]

[

2 mm

D Do

H×nh9: ChiÒu s©u c¾t khi tiÖn trong vµ tiÖn ngoµi

H×nh 7: C¸c yÕu tè cña qu¸ tr×nh c¾t

a TiÖn víi l îng ch¹y dao däc; b TiÖn víi l îng ch¹y dao

ngang

- TiÕt diÖn däc (back section)

- TiÕt diÖn ngang (side section)

Hình10:Biểu diễn vị trí t ơng quan giữa dụng cụ cắt với chi tiết gia công và các mặt tọa độ.

Mặt cắt tại một điểm trên l ỡi cắt chính là mặt phẳng

đựơc hình thành bởi vectơ tốc độ cắt và tiếp tuyến của l ỡi cắt chính tại điểm đó

• Mặt cắt:(tool cutting edge plane)

Mặt đáy tại một điểm trên l ỡi cắt chính là mặt phẳng vuông góc với vectơ tốc độ cắt tại điểm đó

• Tiết diện chính: ký hiệu N – N (cutting edge

orthogonal plane)

mặt phẳng chứa ph ơng chạy dao và vuông góc với mặt đáy tại điểm đó

phẳng đồng thời vuông góc với mặt đáy và tiết diện ngang tại điểm đó

orthogonal plane)

Tiết diện chính tại một điểm trên l ỡi cắt chính là mặt

phẳng đi qua điểm đó và vuông góc với hình chiếu của l ỡi cắt chính trên mặt đáy

Tiết diện phụ tại một điểm trên l ỡi cắt phụ là mặt

phẳng đi qua điểm đó và vuông góc với hình chiếu của l ỡi cắt phụ trên mặt đáy

Đ2: thông số hình học phần cắt

( Geometrical factors on cutting part of the tool)

2.1 Xét trong trạng thái tĩnh:

Trạng thái tĩnh: (statics state)

* Dao đ ợc gá đúng (mũi dao gá ngang tâm chi tiết, trục dao thẳng góc với đ ờng tâm chi tiết)

* Không kể đến các hiện t ợng vật lý xảy ra trong quá trình cắt (rung động, nhiệt, biến dạng v.v…)

* Dao đ ợc xét nh một vật thể hình học đứng yên coi nh không có chuyển động chạy dao (S = 0)

* Gãc sau phô α1 : (minor clearance

angle)

* Gãc s¾c β: (wedge angle)

* Gãc c¾t δ: (angle of cutting)

H×nh 12: C¸c gãc cña dao tiÖn trong tiÕt diÖn chÝnh vµ phô

Quy ớc:

+ γ > 0 (positive): khi mặt tr ớc của dao nằm thấp hơn mặt

đáy đi qua điểm đang xét

+ γ < 0 (negative): khi mặt tr ớc của dao nằm cao hơn mặt

đáy đi qua điểm đang xét

+ γ = 0 (neutral/zero) : khi mặt tr ớc của dao trùng với mặt

đáy

* Góc tr ớc γ :(rake angle)

Góc tr ớc tại một điểm trên l ỡi cắt chính là góc hợp bởi mặt

tr ớc và mặt đáy xét trong tiết diện chính tại điểm đó

* Gãc tr íc phô γ1: (minor rake angle)

* Gãc sau chÝnh α: (primary clearance

* Góc cắt δ: (angle of cutting)

Góc cắt tại một điểm trên l ỡi cắt chính là góc hợp bởi giữa mặt tr ớc và mặt cắt xét trong tiết diện chính tại điểm đó

Hệ quả:

γ + α + β = 900

γ + δ = 900

α + β = δ

H×nh 13: Gãc ϕ, ϕ, ε cña dao tiÖn ngoµi

* Góc mũi dao ε: (nose angle)

Góc nghiêng chính ϕ là góc nhỏ nhất tạo bởi hình chiếu

của l ỡi cắt chính trên mặt đáy và ph ơng chạy dao

* Góc nghiêng chính ϕ: (side cutting edge angle – SCEA)

* Góc nghiêng phụ ϕ1 : (end cutting edge angle – ECEA) Góc nghiêng phụ là góc nhỏ nhất tạo bởi ph ơng chạy dao và

hình chiếu của l ỡi cắt phụ trên mặt đáy

Hệ quả:

ϕ + ε + ϕ1 = 1800

Góc mũi dao là góc tạo bởi hình chiếu của l ỡi cắt chính

và l ỡi cắt phụ trên mặt đáy Góc ε càng lớn thì độ bền cơ học của mũi dao càng lớn nh ng khi cắt biến dạng của vật liệu gia công và lực cắt tăng

Quy ớc:

- Góc λ > 0: Khi mũi dao là điểm thấp nhất (so với mặt

đáy đi qua mũi dao) trên toàn bộ l ỡi cắt chính

- Góc λ < 0: Khi mũi dao là điểm cao nhất (so với mặt

đáy đi qua mũi dao) trên toàn bộ l ỡi cắt chính

- Góc λ = 0: Khi mặt đáy chứa l ỡi cắt chính

* Góc nâng của l ỡi cắt chính λ: (tool cutting edge

inclination)

Góc nâng tại một điểm trên l ỡi cắt chính là góc hợp bởi

l ỡi cắt chính và hình chiếu của chớnh nó trên mặt đáy

đi qua điểm mũi dao

H×nh 14: Gãc n©ng cña l ìi c¾t chÝnh

2.1.2 Xét trong tiết diện dọc và ngang:

- Khi nghiên cứu quá trình cắt thường xét thông số hình học phần cắt của dao trong tiết diện chính và phụ.

- Tuy nhiên, để nhận được các góc độ của dao trên tiết diện chính & phụ thì dao cần được mài sắc trên các máy mài sắc dụng cụ, mà vị trí của dao trên các máy này lại được xác định theo hệ tọa độ đề các OXYZ Nên cần thiết lập quan hệ giữa góc độ của dao xét trong tiết diện chính-phụ với tiết diện dọc ( theo trục thân dao hay vuông góc với trục phôi) và tiết diện ngang (vuông góc với trục thân dao hay song song với trục phôi).

+ Tiết diện ngang kí hiệu X-X, có các góc α x , γ x , v.v….

+ Tiết diện dọc kí hiệu Y-Y, có các góc α y , γ y , v.v….

- Mặt khác, trong một số trường hợp, đặc biệt do ảnh hưởng của lượng chạy dao dọc hoặc chạy dao ngang, cần xác định giá trị các góc độ của dao tại các tiết diện này để đảm bảo quá trình cắt được thực hiện tốt.

- Do đó, thiết lập quan hệ góc độ của dao giữa tiết diện chính-phụ với tiết diện dọc

và ngang là quan trọng và cần thiết.

CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH QUAN HỆ GÓC ĐỘ CỦA DAO GIỮA TIẾT DIỆN CHÍNH PHỤ

VỚI TIẾT DIỆN DỌC VÀ NGANG.

ϕ λ

ϕ α

α

ϕ λ

ϕ α

α

ϕ λ

ϕ γ

γ

ϕ λ

ϕ γ

γ

sin

* cos

* cot

cot

cos

* sin

* cot

cot

sin

* cos

*

cos

* sin

*

tg g

g

tg g

g

tg tg

tg

tg tg

tg

y x y

Dấu trên ứng với λ <0Dấu dưới ứng với λ >0

h ởng của nhiều yếu tố nh :

- Gá đặt mũi dao không ngang tâm, trục dao không thẳng góc với trục chi tiết

-ảnh h ởng của chuyển động chạy dao.

- Ảnh h ởng của các hiện t ợng vật lí xảy ra trong quá trình cắt

- Do đó, giá trị của các thông số hình học phần cắt khác với khi xét trong trạng thái tĩnh Để đảm bảo dao có thể làm việc tốt, cần phải xét tới sự thay đổi này

a Sự thay đổi của góc tr ớc và góc sau:

2.2.1 ảnh h ởng của việc gá dao không ngang tâm

Hình 16: Sự thay đổi góc γ và α khi gá dao không ngang tâm

τy - góc giữa vị trí I và II của mặt cắt (và do đó là góc

giữa hai vị trí I và II của mặt đáy), về trị số:

2 2

sin

h R

h tg

hay R

h

y y

−

=

τ

+ Khi tiÖn bÒ mÆt ngoµi : - g¸ cao h¬n t©m ϕ vµ

ϕ1 t¨ng

- g¸ thÊp h¬n t©m ϕ vµ ϕ1gi¶m

+ Khi tiÖn bÒ mÆt trong : - g¸ cao h¬n t©m ϕ vµ

ϕ1 gi¶m

- g¸ thÊp h¬n t©m ϕ vµ ϕ1t¨ng

2 ảnh h ởng của việc gá trục dao không vuụng góc với đ ờng tâm chi tiết

Khi trục dao gá không vuông góc với đ ờng tâm của máy thì góc nghiêng chính và góc nghiêng phụ thay đổi

đúng bằng góc xoay τ của thân dao

H×nh 17: ¶nh h ëng do trôc dao kh«ng th¼ng gãc ® êng t©m chi tiÕt

a ảnh h ởng của chuyển động chạy dao

ngang

2.2.2 ảnh h ởng của chạy dao dọc và ngang

Hình 18: ảnh h ởng của chuyển động chạy dao ngang

Do ảnh h ởng của l ợng chạy dao ngang nên quĩ đạo chuyển động cắt t ơng đối của một điểm trên l ỡi cắt chính của dao so với bề mặt đang gia công là đ ờng xoắn vít ácsimét, có ph ơng trình trong toạ độ cực:

y cy

µ α

α

µ γ

Theo gi¶i tÝch: (3)

( )

θρ

ρρ

ρη

Khi b¾t ®Çu c¾t vµo: (R lµ b¸n kÝnh ph«i)

R

Sn y

tg

2π

Ví dụ:

Tiện cắt đứt một chi tiết hình trụ với l ợng chạy dao ngang S n = 0,2 mm/vg Dao tiện cắt đứt có α = 12 0 Tính góc sau động αcy khi cắt đến cách tâm một l ợng ρ

= 0.1 mm ? Tính góc ày theo công

thức (5) có:

318,

01.0

*2

2,

0

=

ππ

à

D

Sn y

17 0 38’26 ’’

αcy = αy - à = 12 0 – 17 0 38’26’’= -5 0 38 ’ 26 ’’

Nh vậy, khi cắt đứt mặc dù th ờng dùng Sn nhỏ, nh

ng khi vào gần tâm phôi giá trị góc sau động (αcy) có giá trị âm nên dao không cắt đ ợc mà đè làm phôi gãy và

để lại trên bề mặt đã gia công một lõi vật liệu có đ ờng kính từ 1-2mm Khắc phục bằng cách mài vát l ỡi cắt chính theo góc φ=75 0 (xem hinh ở trang sau)

Hình 19: Tiện cắt đứt bằng dao tiện có l ỡi cắt nghiêng

Khi cắt với chuyển động chạy dao dọc, quĩ đạo chuyển động cắt t ơng đối của 1 điểm trên l ỡi cắt chính của dao so với bề mặt đang gia công là đ ờng xoắn vít Khi đó mặt cắt động II xoay đi một góc à( àx ) so với mặt cắt tĩnh I (à, àx - góc nghiêng của đ ờng xoắn vít xét trong tiết diện chính và tiết diện ngang)

b ảnh h ởng của chuyển động chạy dao dọc

Hình 20: ảnh h ởng của chuyển động chạy dao dọc

Từ hình 20 có:

Dấu trờn ứng với trường hợp chạy dao từ phải sang trỏi & ngược lại

Khai triển vòng xoắn vít qua điểm A sẽ có góc nâng của đ ờng xoắn tại A đ ợc xác định theo công thức:

Dx - đ ờng kính tại điểm x ; φ – góc nghiêng chính

- Trong tiết diện chớnh N-N: (8)

x xP

x

x xT

x

CP

CT

à α

α

à α

α

à α

NT N

π

à = (10) &

(11) tg à = tg àx * sin ϕ

Từ (8), (9) thấy rằng khi S d≠ 0 thì αNc , αxc đều giảm.

- Khi tiện trơn, l ợng chạy dao S d th ờng nhỏ nên góc àx

không lớn lắm Khi tiện ren đ ờng kính nhỏ hoặc ren b ớc lớn cũng nh khi tiện trục vít thì góc àx có thể lớn Lúc này phải tính toán góc αxc trong tiết diện X-X, và góc αNc

trong N-N theo quan hệ đã tính ở phần trên.

Nhận xét: