chương 1 phương pháp tiện và dao tiện

Khi gia công trên máy tiện phôi được quay quanh trục của máy, đây là chuyển động chính; còn dụng cụ dao tiện dược kẹp trên bàn máy và cùng với bàn máy chuyển động song song khi tiện trụ

Chương 1

PHƯƠNG PHÁP TIỆN VÀ DAO TIỆN

1.1 ĐẶC ĐIỂM VỀ ĐỘNG HỌC

Khi gia công trên máy tiện phôi được quay quanh trục của máy, đây là chuyển động chính; còn dụng cụ ( dao tiện) dược kẹp trên bàn máy và cùng với bàn máy chuyển động song song (khi tiện trụ trơn) hoặc làm thành một góc với đường tâm máy, gọi là chuyển động chạy dao Ngoài ra để cắt hết lượng dư thì dao tiện còn phải thực hiện chuyển động theo phương chiều sâu cắt t sau mỗi lượt cắt

Chuyển động chạy dao của dao tiện có thể như sau :

- Song song với đường tâm máy ( chạy dao dọc) : Bề mặt gia công nhận được là hình trụ (hình 1.1)

Hình 1.1 Chuyển động chính, chuyển động theo

chiều sâu cắt và chuyển động chạy dao dọc

a) tiện trụ ngoài ; b) tiện trụ trong

- Thẳng góc với đường tâm máy ( chạy dao ngang ) : Bề mặt tạo thành sẽ là mặt phẳng thẳng góc với đường tâm chi tiết, đây là trường hợp tiện mặt đầu ( hình 1.2 a) hoặc tiện cắt đứt (hình 1.2 b)

Hình 1.2 Chuyển động chạy dao ngang khi tiện a) Tiện mặt đầu b) Tiện cắt đứt, tiện rãnh

- Làm một góc nào đó với đường tâm máy : Bề mặt gia công nhận được sẽ là hìmh côn trong hoặc ngoài (hình 1.3 a)

- Theo một đường cong nào đó (thực hiện bằng tay hoặc dùng dưỡng đặt trong mặt phẳng đi qua tâm máy) : Bề mặt thu được sẽ là bề mặt tròn xoay với đường sinh cong (hình 1.3 b)

Chuyê

øn động theo phưon

g chiều sâu cắt t

Chuyển

động

chạy dao

s

Chuyển động chính n

a)

s

t n

b)

n

s

n

s

Hình 1.3 Chuyển động chạy dao của dao tiện a) Tiện mặt côn b) Tiện mặt định hình bằng dao tiện ngoài

1.2 KHẢ NĂNG VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG

Phương pháp tiện đã xuất hiện từ rất lâu và được sử dụng rất phổ biến Trong công nghiệp cơ khí, máy tiện chiếm khoảng 50 % các dạng máy cắt Bằng phương pháp tiện ta có thể gia công được hầu hết các dạng chi tiết có dạng vật thể quay như : tiện mặt trụ ngoài, tiện mặt côn, tiện lỗ, tiện ren ngoài, tiện ren trong, tiện mặt đầu, tiện cắt đứt, tiện các mặt định hình trong và ngoài ; nếu có thêm những đồ gá đặc biệt thì có thể tiện các mặt nhiều cạnh (lục giác, ngủ giác ), tiện cam

Khi gia công trên máy tiện, độ nhám bề mặt khi tiện thô có thể đạt được Ra = 25 ÷6,3 µm ; khi tiện tinh có thể đạt được Ra

= 3,2 ÷0,8 µm ; tiện bằng dao kim cương có thể đạt được Ra = 0,2

µm

1.3 TÍNH TOÁN MỘT SỐ YẾU TỐ KHI TIỆN

1.3.1 Tính lực cắt :

Như đã nghiên cứu ở phần I, lực cắt khi tiện thường được tính theo các công thức kinh nghiệm Công thức kinh nghiệm thường được sử dụng dưới hai dạng :

+ Tính theo lực cắt đơn vị :

P = p.q [N] (1.1)

Trong đó p [N/mm2] là lực cắt đơn vị và q [mm2] là diện tích tiết diện cắt (nếu xem như bán kính cong của mũi dao bằng r = 0 thì q = s.t = a.b) Lực cắt đơn vị không phải là một hằng số mà thay đổi theo điều kiện cắt Ta có thể tính lực cắt theo các công thức thực nghiệm như sau (khi cắt với vận tốc cắt tương ứng với tuổi bền dao là 45 phút):

- Gia công thép và hợp kim nhôm :

10

60

2

3 1

X

X X

B

a p













=

δ

σ [N/mm2]

(1.2)

- Gia công gang :

s n

s n

10 8 60 ) (

2

4 3 1

X

X X X

a

HB p

























=

α

δ

[N/mm2]

(1.3)

trong các công thức (1.2) và (1.3) σB, HB lần lượt là giới hạn bền và độ cứng của vật liệu gia công, δ là góc cắt, α là góc sau của dao, a là chiều dày cắt (tiện siêu tinh a = 0,02÷0,05

mm, tiện tinh a = 0,06÷0,25 mm, tiện thô a = 0,26÷0,5 mm), các số mũ X1, X2, X3, X4 lấy theo bảng 1.1

Bảng 1.1 Giá trị các số mũ trong công thức tính lực cắt đơn vị Vật

liệu

gia

công

Vật

liệu

dao

Siê u tinh

tinh thô Siêu

tinh tinh thô Siêutinh tinh thô Siêutinh tinh thô Thép σ B

≤

800 N/m

m 2

Thép

gió 0,54 0,72 0,58 0,22 0,8 0,6 1,23 1,2

cứng 0,29 0,72 0,4 0,38 0,39 0,85 1,14 1,15

Thép σ B

>

800 N/m

m 2

Thép

gió 0,43 0,48 0,56 0,12 0,23 1,18 1,12 1,03

cứng 0,57 0,48 0,57 0,31 0,26 1,06 1,09 1,06

Gang

xám Thépgió 0,32 0,56 0,68 0,58 0,42 0,49 0,62 0,79 0,78 0,094

0,24 0,1 2

cứng

0,3 6

0,6 8

0,4 6

0,35 0,3 1

0,7 8

0,6 0,8 6

0,7 3

0,13 0,01

6 0,041

Hợp

kim

nhôm

Thép

gió

1,0 2

0,8 9

0,3 5

0,56 0,2 4

0,4 0,9 1,1

9

1,1 5

cứng 0,77 0,37 0,46 0,6 0,38 0,39 0,88 1,12 1,11

Ngoài ra ta cũng có thể tra giá trị lực cắt đơn vị trong các sổ tay Bảng 1.2 sẽ cho chúng ta giá trị lực cắt đơn vị ứng với vật liệu gia công là thép và gang

Bảng 1.2 Giá trị của lực cắt đơn vị ứng với vật liệu gia công là

thép và gang Vật liệu gia

công và độ

bền [N/mm2]

Lực cắt đơn vị [N/mm2] tương ứng lượng chạy

dao

4000 4200 4400 4600

2900 3000 3150 3300

1800 2200 2300 2400

1520 1560 1640 1720

Gang HB < 200

Gang HB =

1900

+ Tính theo các công thức thực nghiệm tổng quát :

PZ = CPZ tx PZsy PZvn PZKPZ

(1.4)

PY = CPY tx PYsy PYvn PYKPY

(1.5)

PX = CPX tx PXsy PXvn PXKPX

(1.6)

trong các công thức (1.4), (1.5), (1.6) trên các hệ số tỷ lệ đặc trưng cho điều kiện gia công CPX, CPY, CPZ ; các số mũ; và các hệ số điều chỉnh KPX, KPY, KPZ có thể tra trong các tài liệu [ ST CNCTM t2], [Giáo T CS CGKL], [Nguyên lý GCVL], [CĐC khi GCC]

1.3.2 Tính thời gian máy

1.3.2.1 Tiện dọc

Thời gian máy khi tiện dọc (hình 1.4) được xác định theo công thức sau :

s

d v

i L n s

i L

0 = = [ph] (1.7)

L - chiều dài hành trình dao, [mm]

i - số lượt cắt

sd - lượng chạy dao dọc, [mm/vg]

n - số vòng quay của trục chính trong một phút, [vg/ph]

vs - tốc độ chạy dao, [mm/ph]

với L = l + l1 + l2 (1.8)

l - chiều dài chi tiết gia công

l1 - lượng ăn tới, l1 = t cotg ϕ + (0,5÷ 2), [mm] ( t là chiều sâu cắt)

l2 - lượng vượt quá, l2 = 1÷ 5 mm

Hình 1.4 Sơ dồ tính thời gian máy khi tiện dọc

Trên các máy tiện bình thường thì khi tiện mặt đầu thì n = hằng số do đó tốc dộ cắt v sẽ giảm lần khi vào càng gần tâm Thời gian máy trong trường hợp này như sau:

s

l

l

1

D d l2

n s

i L T

n

0 = [ph] (1.9)

sn - lượng chạy dao ngang, [mm/vg]

ở đây 1 2

2 l l

D

L= + + (1.10)

với l1 = l2 = (0,5÷ 2) mm

Trên các máy tiện có thể điều chỉnh vô cấp số vòng quay, để giảm thời gian máy người ta cho n tăng dần khi vào tâm, lúc này việc tính thời gian máy có thể tham khảo [NL gia Công Vật liệu]

1.4 DAO TIỆN.

1.4.1 Phân loại dao tiện

Một cách tổng quát, ta có thể chia các loại dao tiện ra làm hai loại: dao tiện đơn và dao tiện định hình Trong từng loại này cũng có nhiều dạng khác nhau Sau đây chúng ta sẽ khảo sát một số dạng của hai loại dao tiện này

1.4.1.1 Dao tiện đơn : Các dạng dao tiện đơn (gắn mảnh

hợp kim cứng) được trình bày trên hình 1.5

Hình 1.5 Các dạng dao tiện đơn chủ yếu Theo hình 1.5 ta có các dạng dao tiện đơn sau :

- Dao tiện ngoài đầu cong (h 1.5 a) : dùng để tiện ngoài, có thể sử dụng để tiện vát mép, xén mặt đầu

- Dao tiện ngoài đầu thẳng (h 1.5 b) : dùng để tiện ngoài, có thể sử dụng để tiện vát mép Tính vạn năng của dao này thấp hơn nhưng chế tạo đơn giản hơn và làm việc ít bị rung động hơn loại đầu cong Dao này thường được sử dụng trong dạng sản xuất lớn

- Dao tiện bậc ngoài (h 1.5 c, d) : dùng để tiện ngoài kết thúc ở mặt bậc và khi cần giảm thành phần lực hướng kính Py

- Dao xén mặt đầu (h 1.5 e) : dùng để xén mặt đầu, có thể tiến hành gia công từ ngoài vào tâm trục hoặc theo hướng ngược lại

- Dao tiện tinh rộng bản (h 1.5 f) : dùng để tiện tinh với độ bóng cao Lưởi cắt chính nằm trên phương chạy dao Dao làm việc với chiều sâu cắt bé và lượng chạy dao lớn

- Dao tiện trong (h 1.5 g,h) : dùng để tiện lỗ, dạng g dùng cho lỗ thông, dạng h đùng cho lỗ không thông

- Dao tiện cắt đứt (h 1.5 i) : dùng để tiện cắt đứt và tiện các rãnh hẹp

Dao tiện định hình là một loại dao tiện dặc biệt với hình dạng lưởi cắt được xác định bởi hình dạng của chi tiết gia công Nó thường được sử dụng để gia công các mặt định hình tròn xoay trong dạng sản xuất hàng loạt lớn hoặc hàng khối Ưu điểm của dao tiện định hình so với dao tiện thường là cho năng suất cao, đảm bảo sự đồng nhất về hình dạng và độ chính xác kích thước của chi tiết gia công, tuổi thọ dao lớn do mài lại được nhiều lần, việc mài sắc đơn giản Tuy nhiên việc thiết kế và chế tạo dao tiện định hình thì mất nhiều công sức và tiền bạc hơn Trong hìmh 1.6 là các dạng dao tiện định hình :

Hình 1.6 Dao tiện định hình

- Dao hình tròn với góc trước γ = 0 (hình 1.6 a)

- Dao hình tròn với góc trước γ > 0 (hình 1.6 b)

- Dao hình tròn với góc trước γ > 0 và đường sinh của mặt định hình xoắn (h 1.6 c)

- Dao lăng trụ gá hướng kính (hình 1.6 d)

- Dao lăng trụ gá tiếp tuyến (hình 1.6 đ)

- Dao có trục dao nghiêng so với trục chi tiết (hình 1.6 e) : loại này chỉ sử dụng khi có những đoạn profil chi tiết không cho phép sử dụng dao có trục song song với trục chi tiết, ví dụ đoạn

ab trên hình

- Dao tiện định hình dạng thanh (hình 1.6 g)

1.4.2 Dao tiện đơn

g )

Hình 1.7 cho chúng ta kết cấu của một dao tiện ngoài đầu cong và việc sử dụng nó Kết cấu các dạng dao tiện khác được trình bày nhiều trong các tài liệu [STCNCTMT1], [NLGCVL], [Các PPGCKL]

Hình 1.7 Dao tiện ngoài đầu cong

(ký hiệu ∇7 qui đổi thành Ra = 1,25 µm, ∇9 qui đổi thành Ra =

0,32 µm)

1.4.2.2 Tính toán lựa chọn kích thước thân dao tiện

Các loại và cở dao tiện đã được tiêu chuẩn hoá, khi lựa chọn sử dụng thì ta phải chú ý tính toán lựa chọn kích thước thân dao sao cho nó làm việc an toàn Sơ đồ tính toán kích thước thân dao được trình bày ở hình 1.8

Hình 1.8 Sơ đồ tính toán kích thước thân dao tiện

Điều kiện để thân dao đủ bền khi làm việc là :

Mu = PZ.l ≤ [Mu] = [σu] W (1.11)

P Z

Trong đó : [σu] - ứng suất uốn cho phép của vật liệu làm dao [N/mm2]

W - momen chống uốn của tiết diện thân dao [mm3]

Ta gặp ba trường hợp :

- Thân dao tiết diện hình chữ nhật : các cán dao tiêu chuẩn thường có H/B = 1,6 và

6

2

BH

W = nên từ (1.11) ta có:

3 [ ]

56 , 2

6

u

Z l P B

σ

≥ , [mm] (1.12)

- Thân dao tiết diện hình vuông : vì B = H nên

6

3

B

W = do đó từ (1.11) ta có:

3 6[ ]

u

Z l P B

σ

≥ , [mm] (1.13)

- Thân dao tiết diện hình tròn : vì

32

3

d

W =π nên từ (1.11) ta có:

3 32[ ]

u

Z l P d

σ π

≥ , [mm] (1.14)

trong các công thức (1.12), (1.13), (1.14) trên, PZ là lực cắt chính, l là chiều dài đoạn công xôn của dao và d là đường kính của tiết diện thân dao tròn Nhìn vào (1.11) ta thấy rằng thân dao chỉ được tính dựa vào thành phần lực cắt chính, trong khi thực tế là dao sẽ chịu thêm lực cắt hướng kính PY và lực cắt tiếp tuyến PX Để xét đến ảnh hưởng của hai thành phần lực này, người ta đã lấy giá trị của [σu] trong các công thức (1.12), (1.13), (1.14) giảm xuống so với giá trị bình thường của vật liệu làm thân dao như ở bảng 1.3

Bảng 1.3: Ứng suất uốn cho phép [σu] ([N/mm2]) cho thân dao bằng

thép hợp kim kết cấu khi tính chỉ chịu uốn phẳng (đã điều chỉnh phù hợp với tình

trạng chịu lực thực tế) Thân dao Góc nghiêng chính ϕ (0)

cong) Không tôi

Có tôi 120240 100200 16080 13065 11055 130260

tiện.

Khi gia công có phoi dây phải có biện pháp uốn (uốn phoi thành những vòng xoắn có đường kính nhỏ, thường dùng trong

sản xuất loạt nhỏ và đơn chiếc) và bẻ phoi (bẻ phoi thành những đoạn ngắn, thường dùng trong sản xuất loạt lớn và qui mô lớn) hợp lý để phoi thoát dễ dàng và không gây nguy hiểm cho công nhân Có thể sử dụng 5 biện pháp uốn và bẻ phoi như sau :

<1> Dùng thông số hình học thích hợp của dao : Ví dụ để bẻ phoi thành những đoạn ngắn người ta dùng dao tiện với γ = -50,λ = 8 ÷120, ϕ = 60 ÷750 Với các thông số hình học như vậy, phoi

sẽ đi vào hướng chi tiết vàđụng vào chi tiết nên sẽ bị gãy ra từng đoạn cong bán kính 10 ÷ 30 mm

<2> Dùng rãnh lỏm trên bề mặt trước của dao : Người ta dùng phương pháp mài hoặc gia công bằng tia lửa điện để tạo trên mặt trước của dao các rãnh lỏm tròn (hình 1.9) hoặc những rãnh dài nhỏ ( hình 1.10) Dạng rãnh dài có tác dụng tốt khi tiện vật liệu thép kết cấu

Hình 1.9 Rãnh lỏm trên mặt trước của dao Hình 1.10 Dao có rãnh dài nhỏ

(để uốn phoi ở dao có ϕ 1 = 0 ) khi s ≤ 0,6 mm/vg thì f = s - (0,1 ÷ 0,2)mm

khi s > 0,6 mm/vg thì f = s

hay hợp kim với s ≥ 0,25 mm/vg khi ϕ = 450 và s ≥ 0,2 mm/vg khi ϕ =

900 và chiều sâu cắt t = 0,5 ÷15 mm

<3> Dùng bậc ở mặt trước dao ( hình 1.11) : khi bậc này có các kích thước thích hợp với chế độ cắt sử dụng thì phoi sẽ đụng vào bậc này và bị uốn xoắn lại với đường kính bé và sẽ gảy thành từng đoạn tương đối ngắn

Hình 1.11 Dao với bậc ở mặt trước

<4> Dùng cơ cấu bẻ phoi riêng biệt gắn vào : phương pháp này thường dùng trong sản xuất đơn chiếc hoặc loạt nhỏ Cơ cấu này có thể gắn trên xa dao (hình 1.12a) hay gắn trực tiếp lên dao (hình 1.12b) Trong hình a, đầu bẻ phoi 1 có thể quay quanh trục ngang và cả trục đứng nên có thể điều chỉnh các góc độ uốn bẻ phoi thích hợp Ở hình b, miếng bẻ phoi 2 được làm bằng thép 45 có tráng lên bề mặt làm việc một lớp hợp kim stelít để tăng tính bền mòn

a) b)

Hình 1.12 Dao với cơ cấu uốn bẻ phoi riêng biệt

a) gắn vào xa dao b) gắn vào dao

<5> Dùng phương pháp động học : có thể thực hiện bằng hai cách :

- Cho chuyển động chạy dao ngừng theo chu kỳ trong khi chi tiết vẫn quay, nhờ vậy phoi sẽ bị cắt đứt thành từng đoạn dài hay ngắn tương ứng với chu kỳ ngừng

- Ngoài chuyển động chạy dao bình thường, theo chu kỳ dao còn được bổí sung thêm chuyển động tịnh tiến qua lại theo phương chạy dao Nhờ có chuyển động phụ này, phoi sẽ có những chỗ dày mỏng khác nhau do đó sẽ dễ bị gãy ở những chỗ mỏng

1.4.2.4 Sự kẹp chặt mãnh dụng cụ vào thân

dao :

Người ta thường sử dụng các mãnh dụng cụ bằng vật

liệu cắt, nhất là các mãnh bằng hợp kim cứng để gắn vào các thân dao bằng thép hợp kim kết cấu Việc gắn các mãnh dụng cụ này vào thân dao thường được thực hiện theo 4 cách sau :

<1> Hàn trực tiếp mãnh dụng cụ vào thân dao: phương pháp hàn thường sử dụng là hàn vảy Tuỳ theo vật liệu phần cắt người ta sử dụng các chất vảy hàn khác nhau Phương pháp này đơn giản nhưng chỗ mặt hàn sẽ có ứng suất nhiệt

<2> Kẹp chặt mãnh dụng cụ vào thân dao bằng cơ khí : phương pháp này tránh được ứng suất nhiệt, tăng thời gian sử dụng thân dao, giảm thời gian điều chỉnh dao và máy và việc mài lại đơn giản Ngày nay người ta sử dụng rộng rãi các mãnh hợp kim cứng 3,4,5,6 cạnh để gắn vào thân dao nhờ kiểu kẹp chặt bằng cơ khí Hình 1.13a cho ta kết cấu một mãnh hợp kim cứng 6 cạnh và hình 1.13b cho thấy việc kẹp chặt mãnh này vào thân dao bằng cơ khí Chốt 4 với phần trên dạng hình trống và phần dưới được tạo khía nhám để lắp chặt vào thân 1, miếng đệm 2 có lỗ côn được ép chặt vào thân dao nhờ phần côn của chốt 4 Mãnh dụng cụ 3 được kẹp chặt nhờ sự nêm nó giữa chốt 4 và thành tựa sau của thân qua trung gian của chêm 5 và vít 6

a) b)

Hình 1.13 Mãnh hợp kim 6 cạnh và việc kẹp chặt nó vào

thân dao bằng cơ khí