Gia công trên máy phay

gia công trên máy phay Công dụng, khả năng, đặc điểm khi phay Các laoij dao phay Kết cấu và thông số hình học của dao phay Các yếu tố về chế độ cắt Lực cắt khi phay Tốc độ cắt khi phay mài mòn và độ bền của dao phay

Chơng 6: Gia công trên máy phay

6.1 Công dụng, khả năng, đặc điểm khi phay

6.1.1 Công dụng

Trên máy phay có thể gia công đợc: mặt phẳng (ngang, đứng,xiên), mặt định hình không tròn xoay, rãnh ngoài (thẳng hoặcxoắn) có mặt cắt ngang khác nhau, BR trụ (răng thẳng, nghiênghoặc chữ V), BR côn răng ngoài thẳng, then hoa, ren, cắt đứt

Có thể tiến hành khoan, khoét, doa khi lắp các dụng cụ tơng ứng; nếu trang bị thêm đồ gá thích hợp có thể tiện lỗ chính xác vàcắt răng theo phơng pháp lăn răng

6.1.2 Khả năng công nghệ của máy phay

Phay thô đạt độ chính xác I T13  I T10 và độ nhám bề mặt cấp 3  4

Phay bán tinh đạt độ chính xác IT11 I T9 và độ nhám bề mặt cấp 5  7

Phay tinh đạt độ chính xác I T8 I T7 và độ nhám bề mặt cấp

7  8

6.1.3 Đặc điểm khi phay

 Chuyển động chính là chuyển động quay do trục chínhmang dao thực hiện Chuyển động chạy dao là chuyển động tịnhtiến do bàn máy mang phôi thực hiện Nếu phôi gá trên bàn quay(trên máy phay đứng) thì có thể thực hiện chuyển động chạy daoquay quanh tâm bàn quay

Theo sự phối hợp giữa chuyển

Đặc điểm của hai sơ đồ cắt trên nh sau:

Khi phay thuận, chiều dày cắt của mỗi răng dao thay đổi từ

amax đến amin= 0 nên răng dao bị va đập khi vào cắt, dao dễ bị vỡ,nhng ở thời điểm lỡi cắt tiếp xúc với bề mặt gia công không xảy

ra sự trợt, nên dao ít mòn và tuổi bền của dao có thể tăng Trái lại,

khi phay nghịch, chiều dày cắt tăng từ 0 đến amax nên tránh đợc

va đập, nhng lại bị trợt khi vào cắt nên dao chóng mòn

Khi phay thuận, lực Pđ có chiều ép phôi xuống bàn máy (hình

H.6.1a) tăng cờng độ cứng vững, giảm rung động khi phay, giảm biến cứng, do đó độ nhám bề mặt tăng Khi phay nghịch, lực Pđ

có chiều nâng phôi lên khỏi bàn máy (hình H.6.1b) do đó có ảnh

hởng ngợc lại với khi phay thuận

Khi phay thuận, lực Png tác dụng lên phôi cùng chiều với chiều

chuyển động chạy dao (hình H.6.1a), nên không khắc phục đợc

khe hở giữa vít me và đai ốc dẫn động bàn máy, do đó chuyển

động của bàn máy bị giật cục dẫn đến rung động, làm giảm độ

nhám bề mặt gia công Khi phay nghịch, lực Png ngợc chiều với chiều

chuyển động chạy dao (hình H.6.1b), do đó có ảnh hởng ngợc lại với

khi phay thuận

Nh vậy, khi phay tinh (đặc biệt là gia công trên máy có độ cứngvững cao, có thể khử rơ giữa vítme và đai ốc bàn máy) nên phaythuận Khi phay thô nên phay nghịch

 Dao phay có dạng tròn xoay, có nhiều răng Răng dao có thể

bố trí trên mặt trụ; trên mặt đầu; hoặc đồng thời cả mặt trụ vàmặt đầu của dao Thân dao lớn

 Răng dao cắt không liên tục, thời gian tiếp xúc giữa răng dao

và phôi nhỏ; mặt khác, thân dao lớn thoát nhiệt tốt, nên giảm nhiệt

ở vùng cắt Song, do tốc độ phay khá cao, có nhiều răng cùng cắt,thoát phoi kín nên nhiệt cắt tơng đối cao

Răng dao làm việc theo chu kỳ, bị va đập (khi phay thuận) do

đó dễ bị sứt mẻ hoặc bị trợt (khi phay nghịch) làm dao chóngmòn; chiều dày lớp cứng nguội lớn (khi phay nghịch)

Diện tích mặt cắt ngang lớp cắt luôn thay đổi (do số răng

đồng thời cắt và các thông số lớp cắt thay đổi) nên lực phaykhông ổn định, gây rung động khi cắt

Khi phay, có nhiều răng dao cùng tham gia cắt nên tổng chiềudài lỡi cắt tham gia cắt đồng thời lớn, do vậy năng suất phay cao.Khi phay, hầu nh không có lẹo dao

 Quá trình cắt khi phay cũng kèm theo các hiện tợng vật lý nh tiện

H.6.2 Các loại dao phay thờng đợc sử dụng

DP trụ có loại đuôi liền (hình H.6.2e) hình trụhoặc côn, có loại

đuôi rời (hình H.6.2a) Răng dao có thể làm liền hoặc chắp.

DP trụ đuôi rời đợc dùng để gia công mặt phẳng ngang trênmáy phay ngang DP trụ đuôi liền đợc dùng để gia công các mặtbậc hẹp, có chiều cao lớn trên máy phay đứng

 DP mặt đầu đợc dùng phổ biến hơn DP trụ, vì:

- DP mặt đầu có thể chọn đờng kính dao lớn, chiều sâu phaylớn, dẫn đến năng suất cao hơn phay bằng DP trụ

- DP mặt đầu có độ cứng vững cao hơn DP trụ (do khôngdùng trục gá dao dài)

- Trong cùng điều kiện phay, số răng đồng thời cắt của DPmặt đầu lớn hơn DP trụ nên quá trình phay ít rung động, êm và

có năng suất cao

- Có thể dùng nhiều dao để phay đồng thời nhiều bề mặttrên máy phay giờng

- Dễ chế tạo DP răng chắp mảnh HKC hơn DP trụ

- Quá trình mài dao dễ hơn so với DP trụ

c DP đĩa có răng dao bố trí trên mặt trụ hoặc bố trí ở mặt

trụ và một hoặc cả hai mặt bên, đợc gọi là dao 1 mặt, 2 mặt

hoặc 3 mặt cắt (hình H.6.2c) DP đĩa đợc dùng để gia công rãnh

sâu, mặt bậc hẹp trên máy phay ngang

g DP rãnh then có răng dao bố trí ở mặt đầu và mặt trụ, đợc

dùng để gia công rãnh then bằng trên trục (không cần khoan lỗmồi)

h DP ngón có răng dao bố trí trên mặt trụ, đợc dùng để gia

dao này còn gọi là DP hớt lng.

6.2.2 Kết cấu và thông số hình học của DP

Có nhiều loại DP và

chúng đều có những nét

chung về kết cấu và thông

số hình học Dới đây khảo

sát DP trụ răng xoắn rời và

DP mặt đầu, các loại DP

khác có thể suy ra từ đó

a DP trụ răng xoắn

rời: Răng dao có phơng tạo

với trục dao một góc  Có

thể coi mỗi răng DP

H.6.3 Kết cấu dao phay trụ rời răng

xoắn.

nh một dao tiện, kết cấu mỗi răng dao (hình H.6.3) gồm: mặt trớc

1, lỡi cắt chính 5, cạnh viền 2, mặt sau chính 3, lng dao 4

Khi mài DP ngời ta sử dụng các góc 1 và 1 đo trong mặt cắtvuông góc với trục dao (mặt đầu) Quan hệ giữa các góc đo trong

mặt cắt chính N-N và đo trong mặt đầu nh sau:

- Bớc vòng giữa hai răng kề nhau: V .

D T

Z



 [mm] (6.3)

- Bớc chiều trục giữa hai răng kề nhau: T tr .D.cotg

Z

 [mm] (6.4)

- Bớc pháp tuyến giữa hai răng kề nhau: T N .D.cos

Z

 [mm] (6.5)

b DP mặt đầu: Răng dao có thể làm liền khối hoặc chắp

mảnh HKC Ngoài các thông số kết cấu tơng tự DP trụ răng xoắn,

DP mặt đầu còn một số đặc điểm sau:

- DP mặt đầu thép gió: mỗi răng dao có ba lỡi cắt: 1-2, 1-3 và

2-4 (hình H.6.2-4) Khi phay mặt phẳng ngang, 1-2 là lỡi cắt chính, 1-3

là lỡi cắt phụ, lỡi 2-4 không tham gia cắt Khi phay mặt phẳng

đứng, chỉ có lỡi 2-4 cắt, DP mặt đầu làm việc nh DP trụ.

- DP mặt đầu HKC: chỉ có một lỡi

cắt chính và một lỡi cắt phụ Để tăng

độ bền của lỡi cắt có thể làm lỡi nối

tiếp có chiều dài fO= (1 1,5)mm với

góc nghiêng O= 0,5 hoặc làm cung

tròn r.

Các định nghĩa về góc độ của DP

nh đối với dao tiện Quá trình cắt góc

độ của dao cũng thay đổi nhng không H.6.4 Kết cấu dao phay

của bàn máy mang phôi theo

phơng chuyển động chạy dao

khi dao quay đợc một vòng S

của bàn máy mang phôi theo

phơng chuyển động chạy dao

trong một phút Sph đặc trng

cho năng suất gia công và đợc

sử dụng để tính thời gian máy

H.6.5 Các yếu tố cắt khi phay

trong đó: Z- số răng của DP, răng; n- tốc độ quay của DP, vòng/ph.

trong đó: D- đờng kính DP, mm; n- tốc độ quay của DP, vg/ph.

Khi tính tốc độ cắt khi phay theo (6.7) đã bỏ qua thành phầnchuyển động chạy dao, vì nó rất nhỏ so với thành phần tốc độ cắtcủa chuyển động chính

d Thời gian máy: 1 2

.

O ph

t-l2- lợng vợt quá, mm, l2= (1 5)mm; l1- lợng chạy tới, đợc xác định nhsau:

b Góc tiếp xúc  là góc tâm dao chắn cung tiếp xúc giữa

DP và phôi Góc tiếp xúc đợc tính nh sau:

- Khi phay bằng DP trụ, DP đĩa, DP định hình (hình H.6.5b):

- Khi phay bằng DP mặt đầu:

• Phay đối xứng (hình6-5c): sin

2

O t D

  (6.10c)

• Phay không đối xứng: sin arcsin 2 1

2

O t D



   ��  ��

� � (6.10d)

c Chiều rộng phay B là kích thớc lớp kim loại đợc cắt đo dọc

- Đối với DP mặt đầu, DP trụ răng thẳng: '

e Chiều dày cắt a là khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp

của một điểm trên lỡi cắt ứng với lợng chạy dao răng SZ, đo theo

ph-ơng vuông góc với lỡi cắt, mm

Khi phay, a biến đổi từ khi lỡi cắt của một răng bắt đầu cắt

đến khi ra cắt

Dới đây khảo sát chiều dày cắt đối với DP trụ và DP mặt

đầu

- DP trụ răng thẳng: chiều dày cắt biến đổi từ amin đến amax

nếu phay thuận và ngợc lại Kí hiệu chiều dày cắt tại điểm M bất

kỳ trên cung tiếp xúc ứng với góc tiếp xúc i do một răng cắt là aM,

gần đúng coi cung CN là thẳng (vì cung CN nhỏ, hình H.6.5b), ta

mà còn thay đổi dọc theo chiều dài lỡi cắt (hình H.6.5d).

- DP mặt đầu: chiều dày cắt tại một điểm M bất kỳ trên cungtiếp xúc ứng với góc tiếp xúc tức thời i của một răng đang cắt

(hình H.6.5c, chọn trục 0K là gốc của góc tiếp xúc, tại đó  = 0 vàgóc � 1



 [mm](6.14b)

- DP trụ răng thẳng: b = B [mm]

- DP trụ răng xoắn: mỗi răng DP không đồng thời vào cắt hoặc

ra cắt cùng lúc trên suốt chiều dài răng (nh DP trụ răng thẳng) màvào dần dần từng điểm một Do vậy, chiều rộng cắt biến đổitheo góc i của từng răng từ 0 rồi đạt đến trị số cố định bằngchiều dài răng tham gia cắt, sau dó lại giảm dần đến 0 khi răngthoát ra khỏi vùng cắt

Chiều rộng cắt lớn nhất của một răng: ax

cos

m

B b



 [mm](6.14c)

trong các công thức (6.14): B- chiều rộng phay, mm; - góc xoắn

của răng dao, độ;  - góc nghiêng lỡi cắt chính, độ; - góc nângcủa lỡi cắt chính, độ

- Đối với DP mặt đầu: fi=B.SZ.cosi [mm2](6.15e)

- Đối với DP trụ răng xoắn, chiều dày cắt a của một răng dao

đang cắt biến đổi phụ thuộc vào góc cắt tức thời i (xem (6.12))

và biến đổi dọc theo chiều rộng cắt b, thêm vào đó góc tiếp xúc

tức thời của một răng i không ổn định mà biến đổi từ đầu răng

D S f

trong các công thức (6.15): B- chiều rộng phay, mm; SZ- lợng chạy dao

răng, mm/răng; D- đờng kính DP, mm; - góc xoắn của răng dao,

độ; d

i

 , c

i

 - góc tiếp xúc tức thời, ứng với điểm cắt đầu và điểm

cắt cuối của răng cắt thứ i của DP trụ răng xoắn.

Các công thức (6.15) cho thấy: trong quá trình phay, diện tíchmặt cắt ngang lớp cắt F luôn biến đối, phụ thuộc vào góc tiếp xúctức thời, nhng mức độ biến đổi khi cắt bằng DP trụ răng xoắnnhỏ và êm hơn so với khi cắt bằng DP mặt đầu và DP trụ răngthẳng Do diện tích lớp cắt biến đổi dẫn đến lực cắt biến đổilàm giảm tuổi thọ của máy và dao, giảm cấp độ nhám bề mặt giacông và giảm năng suất phay

Nếu thiết kế và chế tạo DP trụ răng xoắn thoả mãn điều kiện:

K.Ttr= B (6.16a)

(dao mà điểm đầu răng dao này trùng với điểm cuối của răng daokia) thì tổng diện tích mặt cắt ngang lớp cắt là một đại lợng

không đổi (F = const), vì khi đó nếu có một răng bắt đầu vào

cắt thì có một răng ra cắt Gọi trờng hợp đó là phay cân bằng

trong đó: Ttr- bớc chiều trục của dao, mm; - góc xoắn răng dao,

độ; Z- số răng DP; D- đờng kính DP, mm; B- chiều rộng phay, mm; K- số nguyên, dơng.

Vậy để có phay cân bằng, khi thiết kế DP trụ răng xoắn cầnthay đổi góc xoắn  và số răng Z ( đờng kính dao đã đợc quychuẩn) để thoả mãn (6.16a)

Tổng diện tích mặt cắt ngang lớp cắt do Z’ răng đồng thời

cắt trong điều kiện phay cân bằng sẽ là:

Khi phay cân bằng, F=const nên lực cắt ổn định do vậy tuổi

thọ của dao và máy đợc nâng cao, chất lợng bề mặt gia công tốthơn và năng suất phay tăng Phay cân bằng chỉ dùng trong sảnxuất loạt lớn và hàng khối, vì nh vậy mới có hiệu quả kinh tế

 Lu ý! Chỉ có DP trụ răng xoắn mới có thể thoả mãn điềukiện phay cân bằng

6.4 Lực cắt khi phay

6.4.1 Các thành phần lực tác dụng lên dao khi phay

Các thành phần lực tác dụng lên lên DP đợc thể hiện trên hìnhH.6.1 Trị số và phơng của các thành phần lực đó ở từng thời

điểm khác nhau trong góc tiếp xúc  là không nh nhau Lực cắt

tổng hợp R tác dụng lên DP đợc phân theo các thành phần cần

nghiên cứu

Khi phay bằng DP trụ răng thẳng:

R Pur uur uur uuur uur z P r  P ngP�

góc với đờng tâm trục chính của máy,

có xu hớng làm võng trục gá dao, đồng

thời tạo ra áp lực lên các ổ đỡ trục chính

của máy, đợc dùng để tính sức bền trục

gá dao, tính toán ổ trục chính

đợc dùng để tính lực kẹp, đồ gá phayvà áp lực lên bề mặt sống

tr-ợt bàn máy

Png- Thành phần lực ngang, có phơng trùng với phơng chạy dao,

có tác dụng khuếch đại (phay thuận) hay khử rơ (phay nghịch) cho

bộ truyền vítme - đai ốc chạy dao, đợc dùng để nghiệm bền cơcấu chạy dao, tính toán đồ gá

Khi phay bằng DP trụ răng xoắn, ngoài các thành phần lực nóitrên còn có:

PO- Lực chiều trục (hình H.6.6), tác dụng vào ổ trục chính

hoặc bạc đỡ trục gá dao (tuỳ thuộcphơng rãnh xoắn của DP và cáchgá dao)

PS- Lực dọc theo lỡi cắt của DP, gây co rút phoi, đợc tạo ra domasát của phoi với mặt trớc của dao theo phơng rãnh xoắn

PN- Lực tác dụng vuông góc với lỡi cắt, có tác dụng tạo phoi

Vậy, lực tổng hợp khi phay bằng DP trụ răng xoắn:

R Q Pur ur uur uuur uur ur uur uur  oP N P Q P P S;  z r

Phay không đối xứngPhay

thuận

Phay

Phaynghịch

Z X

trong đó: PZ- lực vòng, N; V- tốc độ cắt, m/ph; n- tốc độ quay của

DP, vg/ph; SZ- lợng chạy dao răng, mm/răng; B- chiều rộng phay, mm; tO- chiều sâu phay, mm; Z- số răng DP; D- đờng kính DP,

mm

6.5 Tốc độ cắt khi phay

6.5.1 Mài mòn và tuổi bền của dao

DP trụ, DP đĩa, DP cắt, DP định

hình, khi cắt với chiều dày cắt mỏng và

gia công gang, mòn chủ yếu ở mặt sau

(hình H.6.7b) DP mặt đầu thờng mòn

đồng thời cả mặt trớc và mặt sau khi

cắt (do DP mặt đầu thờng cắt với chiều

dày cắt lớn, chiều dài cung tiếp xúc lớn

nên thời gian trợt trên mặt trớc lâu hơn,

hình H.6.7c) DP mặt đầu HKC cắt ở

tốc độ cao, các mảnh HKC dễ bị sứt mẻ

do va đập hoặc rung động

Tiêu chuẩn đánh giá độ mòn của DP là

lợng mòn mặt sau hS Giá trị cho phép

g 0,2  0,8 0,5  0,8 0,3  0,5 0,3  0,5 1,6 

2,0

1,5 2,0

 Ghi chú! Giá trị nhỏ ứng với gia công tinh; giá trị lớn ứng với

Với dao thép gió, m = 0,15  0,33; với dao HKC, m = 0,2  0,6

V

x y u p m

K vd- hệ số ảnh hởng của vật liệu làm dao;

Kbm- hệ số ảnh hởng của trạng thái lớp bề mặt phôi (rèn, đúc,cán );

Khh- hệ số ảnh hởng của dạng hình học của dao;

Kmd- hệ số ảnh hởng của mòn dao;

Kdd- hệ số ảnh hởng của dung dịch trơn nguội;

Các hệ số và số mũ đợc cho trong sổ tay công nghệ

(6.22) cho thấy ảnh hởng của các yếu tố đến tốc độ cắt nhsau:

Giữa tuổi bền dao T và tốc độ cắt V khi phay có quan hệ tỷ

lệ ngợc, nghĩa là tuổi bền càng cao tốc độ cắt càng giảm và ngợclại

Đờng kính dao D càng lớn tốc độ cắt càng cao, vì khi đó bớc vòng TV của dao tăng, số răng đồng thời cắt Z’ giảm và thời gian

mỗi răng dao không cắt trong một vòng quay của dao tăng, nênnhiệt sinh ra trong một đơn vị thời gian giảm Mặt khác, khối lợngkim loại thân dao lớn do đó truyền nhiệt tốt, đồng thời độ cứngvững dao và trục gá dao tăng nên có thể tăng tốc độ cắt Ngoài ra,

khi tăng đờng kính D, chiều dày cắt trung bình giảm (a = SZ t D/

) nên lực cắt trên một đơn vị chiều dài của lỡi cắt giảm, điềunày cho phép tăng tốc độ cắt

Nếu tăng số răng dao Z sẽ làm tăng số răng đồng thời cắt Z’, theo đó nhiệt cắt và lực cắt tăng; mặt khác, tăng Z làm lợng kim

loại thân dao giảm dẫn đến truyền nhiệt kém, do đó tuổi bềndao giảm Để giữ nguyên tuổi bền đã chọn, phải giảm tốc độ cắt

4 Tăng chiều rộng phay B, chiều sâu phay tO và lợng chạy dao

răng SZ sẽ làm tăng thể tích lớp cắt, đồng thời khi tăng tO, góc tiếpxúc  và số răng đồng thời cắt Z’ tăng nên thời gian cắt của một răng tăng Thêm nữa, nếu SZ tăng thì lực tác dụng lên răng dao tăng

làm dao mau mòn Để giữ nguyên T đã chọn, phải giảm V.

5 Nếu dùng dung dịch trơn nguội, có thể tăng đáng kể tốc độcắt khi phay (Ví dụ: khi phay thép bằng dao thép gió, nếu tới dungdịch êmunxi thì có thể tăng tốc độ cắt lên (20 30)%) Vật liệulàm dao cũng ảnh hởng lớn đến tốc độ cắt Chẳng hạn, khi phaythép (b= 750MPa) bằng dao BK8 lấy hệ số hiệu chỉnh Kvd= 1,

phay bằng dao T15K6 hệ số Kvd= 1,26

ảnh hởng của các yếu tố còn lại có qui luật giống nh tiện

6.6 Chọn yếu tố cắt hợp lý khi phay

chế của máy chọn để gia công

- Chọn vật liệu phần cắt của dao dựa vào tính chất cơ lý củavật liệu gia công