Cơ khí chế tạo máy - Chương 5: Phay

1Chương 5: PHAY (MILLING) NỘI DUNG (Contents) §5.1. Công dụng, phân loại & thông số hình học của dao phay §5.2. Kết cấu dao phay §5.3. Các yếu tố cắt khi phay §5.4. Phay cân bằng §5.5. Lực cắt khi phay §5.6. Sự mài mòn & tuổi bền dao phay §5.7. Chế độ cắt khi phay. 2§5.1. Công dụng, phân loại & thông số hình học của dao phay (Utilizations, classifications & geometrical parameters of milling tools) 1.1. ĐÆc ®iÓm: (Specifications) - Khi phay, chuyÓn ®éng c¾t chÝnh lµ chuyÓn ®éng quay trßn cña dao, chuyÓn ®éng ch¹y dao lµ chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cña bµn m¸y mang ph«i. - Phay th­êng ®¹t ®­îc ®é nh½n bÒ mÆt cÊp 5, cÊp 6 vµ ®é chÝnh x¸c cÊp 8, 9. - Dao phay cã mét sè l­ìi c¾t cïng lµm viÖc nªn năng suÊt gia c«ng cao. - Do l­ìi c¾t lµm viÖc kh«ng liªn tôc vµ cïng víi khèi l­îng th©n dao lín nªn kh¶ năng truyÒn nhiÖt lín. - LÑo dao Ýt x¶y ra do l­ìi c¾t lµm viÖc gi¸n ®o¹n. -DiÖn tÝch khi phay thay ®æi, lµm lùc c¾t thay ®æi, g©y rung ®éng trong qu¸ trình c¾t, ¶nh h­ëng ®Õn chÊt l­îng bÒ mÆt gia c«ng. 1.2. Ph©n lo¹i: (Classifications) -Theo kÕt cÊu cña răng: Dao phay răng nhän, dao phay hít l­ng. - Theo c¸ch ph©n bè cña răng dao so víi trôc dao: dao phay trô, dao phay gãc, dao phay mÆt ®Çu, dao phay ®Þnh hinh. - Theo d¹ng răng: dao phay răng th¼ng, dao phay răng nghiªng, dao phay răng cong, dao phay răng xo¾n, dao phay gãc. - Theo pr«fin răng: dao phay ren, dao phay ®Üa m«®uyn, dao phay vÊu m«®uyn, dao phay lăn răng, dao phay r·nh. - Theo kÕt cÊu dao: dao phay răng liÒn, dao phay răng ch¾p. 3§5.1. Công dụng, phân loại & thông số hình học của dao phay (Utilizations, classifications & geometrical parameters of milling tools) 4§5.1. Công dụng, phân loại & thông số hình học của dao phay (Utilizations, classifications & geometrical parameters of milling cutters) 2. Th«ng sè hình häc cña dao phay: ( Geometrical Parameters of Milling Cutters) 2.1. Dao phay trô răng xo¾n: (Helical fluted milling cutters) 5§5.1. Công dụng, phân loại & thông số hình học của dao phay (Utilizations, classifications & geometrical parameters of milling cutters) 2. Th«ng sè hình häc cña dao phay: ( Geometrical Parameters of Milling Cutters) 2.1Dao phay trô răng xo¾n: (Helical fluted milling cutters) + ĐÆc ®iÓm kÕt cÊu: l­ìi c¾t 5 nghiªng víi trôc dao mét gãc . B­íc vßng: B­íc chiÒu trôc: B­íc ph¸p tuyÕn: Gãc giữa hai răng liªn tiÕp: Trong ®ã: Z - sè răng dao phay D – Đường kính ngoài của dao phay. Z D Tv .    g Z D Tt cot. .    cos. . Z D Tn  Z 0360  6§5.1. Công dụng, phân loại & thông số hình học của dao phay (Utilizations, classifications & geometrical parameters of milling cutters) 2. Th«ng sè hình häc cña dao phay: ( Geometrical Parameters of Milling Cutters) 2.1. Dao phay trô răng xo¾n: (Helical fluted milling cutters) + Góc độ răng dao: N N R R x y z D c R-R       N-N y y c P 7§5.1. Công dụng, phân loại & thông số hình học của dao phay (Utilizations, classifications & geometrical parameters of milling cutters) 2. Th«ng sè hình häc cña dao phay: ( Geometrical Parameters of Milling Cutters) 2.1Dao phay mặt đầu: (Face Milling Head) 8§5.2. Kết cấu dao phay (Structure of Milling tools) 9§5.2. Kết cấu dao phay (Structure of Milling tools) 1. Dao phay răng nhän (Milling cutters) 1.1. ĐÆc ®iÓm: MÆt sau lµ mÆt ph¼ng, lµm víi mÆt tr­íc cña dao mét gãc nhän. + ­u ®iÓm: - ChÕ t¹o dÔ dµng (do hình d¸ng bÒ mÆt sau lµ mÆt ph¼ng), cã thÓ chÕ t¹o nguyªn hoÆc ch¾p. - Khi dao mßn ®­îc mµi l¹i theo mÆt sau, sè lÇn mµi l¹i cho phÐp lín. - Tuæi bÒn lín h¬n so víi dao phay hít l­ng tõ 1,5  3 lÇn. - DÔ mµi mÆt sau nªn khö bá ®­îc líp tho¸t cacbon sau khi nhiÖt luyÖn, ®ång thêi tăng ®é nh½n bÒ mÆt, đảm bảo độ đồng tâm giữa đường kính ngoài và trục dao phay. Do ®ã võa tăng ®é bÒn cho răng dao võa b¶o ®¶m chÊt l­îng bÒ mÆt gia c«ng cao. + Nh­îc ®iÓm: Khã b¶o ®¶m sù ®ång nhÊt biªn d¹ng răng sau những lÇn mµi l¹i. 10 §5.2. Kết cấu dao phay (Structure of Milling tools) 1. Dao phay răng nhän 1.2. KÕt cÊu: + Đưêng kÝnh ngoµi: Tăng ®­êng kÝnh ngoµi D sÏ cho phÐp chän trôc g¸ dao lín h¬n, dao cứng vững h¬n. Cã thÓ tăng ®­îc sè răng hoÆc chän ®­îc hình d¹ng răng vµ r·nh răng hîp lý. Tăng sù dÉn nhiÖt, tăng l­îng ch¹y dao phót. Nh­ vËy khi tăng D cã t¸c dông tèt cho dao khi lµm viÖc, nhiÖt luyÖn vµ tăng năng suÊt c¾t. Tuy nhiªn khi D lín qu¸ sÏ tèn vËt liÖu lµm dao vµ lµm tăng c«ng suÊt c¾t. Đ­êng kÝnh ngoµi D ®­îc tÝnh theo c«ng thøc: D = d + 2m + 2H Trong ®ã: d - ®­êng kÝnh lç g¸, mm. m - chiÒu dµy th©n dao, mm. H - chiÒu cao răng dao, mm. + Sè răng Z: Sè răng phô thuéc vµo ®­êng kÝnh ngoµi, d¹ng răng, kÝch th­íc răng vµ r·nh răng, tÝnh chÊt gia c«ng (th« hay tinh), ®iÒu kiÖn chøa phoi, tăng sè lÇn mµi l¹i vµ nh­ vËy chän sè răng Z cµng Ýt cµng tèt. Nh­ng ®Ó b¶o ®¶m qu¸ trình phay ®­îc ªm, víi dao phay trô răng th¼ng sè răng ®ång thêi tham gia c¾t ph¶i lín h¬n 2. NghÜa lµ: Trong ®ã: K - hÖ sè c©n b»ng.  - gãc tiÕp xóc, rad.  - gãc giữa hai răng liªn tiÕp, rad. Vì: Nªn:   K Z   2      K Z 22  11 §5.2. Kết cấu dao phay (Structure of Milling tools) 1. Dao phay răng nhän 1.2. KÕt cÊu: + D¹ng răng vµ r·nh phoi: f h   '   f h r      h f r 12 §5.2. Kết cấu dao phay (Structure of Milling tools) 2. Dao phay hít l­ng (Forming milling cutters) 2.1.ĐÆc ®iÓm: Biªn d¹ng mÆt sau cña răng dao ®­îc hít l­ng theo ®­êng cong nµo ®ã, th­êng lµ ®­êng xo¾n AcximÐt. ¦u ®iÓm: - Hình d¸ng vµ kÝch th­íc răng dao ít thay ®æi khi mµi l¹i, do ®ã b¶o ®¶m sù ®ång nhÊt vÒ hình d¸ng kÝch th­íc cña chi tiÕt gia c«ng. - Mµi s¾c l¹i ®¬n gi¶n vì tiÕn hµnh mµi theo mÆt tr­íc. - TrÞ sè gãc sau rÊt Ýt thay ®æi sau những lÇn mµi s¾c l¹i. - Sè lÇn mµi l¹i lín, Nh­îc ®iÓm: - Tuæi bÒn thÊp. - Sè răng z kh«ng thÓ chän lín. - Đé ®¶o ®Ønh răng kh¸ lín. m H r  D d k h C 13 §5.2. Kết cấu dao phay (Structure of Milling tools) 2. Dao phay hít l­ng (Forming milling cutters) 2.2. KÕt cÊu cña dao phay hít l­ng: + Đ­êng kÝnh ngoµi D: Đ­êng kÝnh ngoµi D ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: D = D1 + 2H Trong ®ã: D1 - ®­êng kÝnh vßng ch©n răng (mm) Th­êng lÊy D1 = (1,6  2) d. H - chiÒu cao toµn phÇn cña răng. Đ­îc tÝnh b»ng: H = h + K + r. h - chiÒu cao pr«fin răng dao. K - l­îng hít l­ng. r - b¸n kÝnh cung trßn ®¸y r·nh. + Đ­êng kÝnh lç d: Đ­êng kÝnh lç ®­îc tra trong sæ tay theo ®­êng kÝnh ngoµi D trªn c¬ së b¶o ®¶m ®é bÒn vµ ®é cøng vững cña trôc g¸. + Th«ng sè hình học răng dao: Gãc tr­íc: - Víi dao thÐp giã:  = 100 - Víi dao hîp kim cøng:  = (-50)  50 Gãc sau: Th­êng chän  = 12o. Góc sau nhận được từ quá trình hớt lưng răng dao. Gãc r·nh răng  : Đ­îc tiªu chuÈn ho¸ theo d·y kÝch th­íc: 180, 22o, 25o, 30o. 14 §5.2. Kết cấu dao phay (Structure of Milling tools) 2. Dao phay hít l­ng (Forming milling cutters) 2.2. KÕt cÊu cña dao phay hít l­ng: + Sè răng Z: Chän sè răng Z cã liªn quan ®Õn ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña dao phay. Víi dao phay răng nhän, sè răng cµng lín, năng suÊt cµng cao, ®é nh½n bÒ mÆt gia c«ng cµng cao. Vì vËy víi dao phay răng nhän, khi ®­êng kÝnh ngoµi D cµng tăng, sè răng Z ®­îc chän cµng tăng. Víi dao phay hít l­ng, ®Ó b¶o ®¶m bÒn cho răng vµ ®ñ kh«ng gian hít l­ng cÇn chän sè răng Z không tăng theo tỉ lệ khi ®­êng kÝnh ngoµi D tăng. Khi chän sè răng Z ph¶i b¶o ®¶m chiÒu réng cña răng cÇn thiÕt ®Ó cã ®ñ ®é bÒn vµ sè lÇn mµi l¹i cho phÐp lín. Muèn vËy ph¶i lÊy: C = (0,8  1) H 15 §5.3. Các yếu tố cắt khi phay ( Cutting factors when milling) 16 §5.3. Các yếu tố cắt khi phay ( Cutting factors when milling) 1. ChiÒu s©u c¾t to: (DOC) Lµ kho¶ng c¸ch giữa bÒ mÆt ®· gia c«ng víi bÒ mÆt ch­a gia c«ng ®o theo ph­¬ng vu«ng gãc víi bÒ mÆt ®· gia c«ng sau mét lÇn c¾t. 2. L­îng ch¹y dao S: (FR) Khi phay, l­îng ch¹y dao ®­îc ph©n thµnh 3 lo¹i: - L­îng ch¹y dao răng Sz: lµ l­îng ch¹y dao x¸c ®Þnh sau khi dao quay ®­îc mét gãc giữa hai răng . KÝ hiÖu: Sz [mm/răng]. - L­îng ch¹y dao vßng SV: lµ l­îng ch¹y dao x¸c ®Þnh sau khi dao quay ®­îc mét vßng. KÝ hiÖu: Sv [mm/vg]. - L­îng ch¹y dao phót Sph: lµ l­îng ch¹y dao x¸c ®Þnh sau mét phót. KÝ hiÖu: Sph [mm/ph]. Giữa chóng cã quan hÖ sau: SV = Z . Sz Sph = n . Sv = n . Z . Sz 3. Tèc ®é c¾t V: (CS) Khi phay, do cã chuyÓn ®éng ch¹y dao nªn quü ®¹o chuyÓn ®éng c¾t t­¬ng ®èi cña mét ®iÓm trªn l­ìi c¾t so víi ph«i lµ ®­êng Xicl«it kÐo dµi. Tèc ®é c¾t ®­îc x¸c ®Þnh bëi ph­¬ng trình: Trong ®ã: Vc lµ vÐct¬ tèc ®é c¾t. Vn lµ vÐct¬ tèc ®é c¾t chÝnh. Vs lµ vÐct¬ tèc ®é chuyÓn ®éng ch¹y dao. Mét c¸ch gÇn ®óng, coi quü ®¹o chuyÓn ®éng c¾t t­¬ng ®èi khi phay lµ ®­êng trßn. snc VVV   17 §5.3. Các yếu tố cắt khi phay ( Cutting factors when milling) 4. ChiÒu s©u phay t: Lµ kÝch th­íc líp kim lo¹i ®­îc c¾t ®o theo ph­¬ng vu«ng gãc víi trôc dao, øng víi gãc tiÕp xóc . Gãc tiÕp xóc : Lµ gãc ë t©m cña dao ch¾n cung tiÕp xóc giữa dao vµ chi tiÕt. 5. ChiÒu réng phay B: Lµ kÝch th­íc líp kim lo¹i ®­îc c¾t ®o theo ph­¬ng chiÒu trôc cña dao. Khi phay b»ng dao phay trô, chiÒu réng phay b»ng chiÒu réng chi tiÕt. Khi phay r·nh b»ng dao phay ®Üa, chiÒu réng phay b»ng chiÒu réng r·nh. Khi phay r·nh b»ng dao phay ngãn, chiÒu réng phay b»ng chiÒu s©u r·nh. Khi phay mÆt ph¼ng b»ng dao phay mÆt ®Çu, chiÒu réng phay b»ng chiÒu s©u c¾t t0. 7. ChiÒu dµy c¾t a ChiÒu dµy c¾t khi phay lµ kho¶ng c¸ch giữa hai vÞ trÝ liªn tiÕp cña quü ®¹o chuyÓn ®éng c¾t t­¬ng ®èi cña mét ®iÓm trªn l­ìi c¾t øng víi l­îng ch¹y dao răng Sz . Coi gÇn ®óng quü ®¹o chuyÓn ®éng t­¬ng ®èi cña l­ìi c¾t lµ ®­êng trßn, do ®ã chiÒu dµy c¾t a ®­îc ®o theo ph­¬ng h­íng kÝnh cña dao. 18 §5.3. Các yếu tố cắt khi phay ( Cutting factors when milling) 7. ChiÒu dµy c¾t a 7.1 ChiÒu dµy c¾t khi phay b»ng dao phay trô răng th¼ng vµ răng xo¾n: ChiÒu dµy c¾t t¹i ®iÓm C: aC = AC GÇn ®óng, coi ACB vu«ng t¹i C, ta cã AC = aC = SZ.sin. Do gãc  thay ®æi từ 0 ®Õn  nªn aC còng thay ®æi theo : Víi  = 0o cã a = amin = 0. Víi  =  cã amax = SZ . sin Vì chiÒu dµy c¾t a thay ®æi tõ a=0 ®Õn amax = Sz sin nªn diÖn tÝch c¾t vµ lùc c¾t còng bÞ thay ®æi theo. 7.2. ChiÒu dµy c¾t khi phay b»ng dao phay mÆt ®Çu: Khi bµn m¸y dÞch chuyÓn 1 l­îng Sz thì quü ®¹o cña l­ìi c¾t chuyÓn tõ vÞ trÝ 1 sang vÞ trÝ 2. ChiÒu dµy t¹i ®iÓm M ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: GÇn ®óng, coi CMN vu«ng t¹i M, cã aM = MC.sin. Mµ MC = NC.sin = SZ.sin. Do ®ã: aM = SZ.sin.cos a b ? a M t ? /2? /2 B b f Sz B  19 §5.3. Các yếu tố cắt khi phay ( Cutting factors when milling) 8. ChiÒu réng líp c¾t b 8.1. Đèi víi dao phay mÆt ®Çu Khi phay b»ng dao phay mÆt ®Çu, chiÒu réng líp c¾t lµ mét ®¹i l­îng kh«ng ®æi. Tr­êng hîp gãc n©ng  = 0: Tr­êng hîp gãc n©ng   0: 8.2. Đèi víi dao phay trô răng th¼ng: Khi phay b»ng dao phay trô răng th¼ng, chiÒu réng líp c¾t lµ mét ®¹i l­îng kh«ng ®æi vµ ®­îc tÝnh b»ng: b = B 8.3. Đèi víi dao phay trô răng xo¾n: Tr¶i tÊt c¶ ®­êng ®Ønh răng cña dao trªn mÆt ph¼ng sÏ thÊy sù thay ®æi cña b. ChiÒu réng líp c¾t do răng thø nhÊt vµ răng thứ 2 c¾t ®­îc tÝnh nh­ sau: Vì C0 = 0 nªn: Sz t C1C2 C0 d2 d1 b 1b 2  n     sin2 11 1 cdD b       sin2 02 2 cdDb     sin2 2 2 dDb   sinsin 0tBb   cos.sincos.sin 0tBb  20 §5.3. Các yếu tố cắt khi phay ( Cutting factors when milling) 9. DiÖn tÝch c¾t khi phay 9.1. Khi phay b»ng dao phay trô răng th¼ng Trong cung tiÕp xóc, tuú theo kÕt cÊu dao, kÝch th­íc líp c¾t mµ sè răng dao ®ång thêi tham gia c¾t cã thÓ lµ 1,2,...n răng. XÐt diÖn tÝch c¾t fi do mét răng thø i nµo ®ã c¾t ra ®­îc tÝnh b»ng: fi = ai . bi Vì : bi = B vµ ai = Sz . sin i Nªn: fi = SZ . B . sin i DiÖn tÝch c¾t tæng céng do n răng ®ång thêi tham gia c¾t ®­îc tÝnh b»ng: 9.2.Khi phay b»ng dao phay trô răng nghiªng Gi¶ sö trong cung tiÕp xóc cã mét răng thø i nµo ®ã ®ang c¾t. ChiÒu dµy c¾t ai ®­îc tÝnh b»ng ai = SZ. sini. DiÖn tÝch ph©n tè phoi c¾t cã chiÒu dµi ai vµ chiÒu réng dbi lµ: dfi = ai.dbi. Víi răng xo¾n, t¹i thêi ®iÓm ®ang xÐt, chiÒu dµy c¾t ai thay ®æi tõ ®Çu ®Õn cuèi răng phô thuéc vµo gãc i. Mµ gãc i thay ®æi trong ph¹m vi ci vµ ®i. DiÖn tÝch cña líp c¾t do toµn chiÒu dµi răng thø i c¾t ra lµ:    n i iZ BSF 1 sin..   di ci iii dbaf   . 21 §5.3. Các yếu tố cắt khi phay ( Cutting factors when milling) 9.2.Khi phay b»ng dao phay trô răng nghiªng: Trong ®ã: t B S X C d n  d db i  c    sin . sin 2 dxdb D i   di ci dSf iZ D i     .sin.. sin 2  diciZi SD f   coscos sin.2 .      n i dici Z n i i SD fF 11 coscos sin2 .   22 §5.3. Các yếu tố cắt khi phay ( Cutting factors when milling) 9.3. Khi phay b»ng dao phay mÆt ®ầu: DiÖn tÝch c¾t do răng thø i c¾t ra ®­îc tÝnh b»ng: fi = aibi Trong ®ã: ai = Sz.sin.cosi & VËy: fi = B.Sz.cos i DiÖn tÝch c¾t tæng céng do n răng ®ång thêi tham gia c¾t ®­îc tÝnh b»ng: NhËn xÐt: Khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng, răng xoắn, dao phay mặt đầu, diện tích cắt khi phay là một đại lượng luôn thay đổi, phụ thuộc vào số răng đồng thời tham gia cắt; do đó, nó gây ra rung động cho quá trình phay. Nên người ta tìm cách để khi phay, diện tích cắt do n răng đồng thòi tham gia cắt là một hằng số. sin B bi     n i iZSBF 1 cos.  23 §5.4. Phay cân bằng (Equilibrium milling process) 5.4.1. Đặt vấn đề: Identify the problem - Diện tích cắt khi phay luôn thay đổi & phụ thuộc vào góc tiếp xúc tức thời θ i & số răng đồng thời tham gia cắt n. - Khi diện tích cắt thay đổi, lực cắt sẽ thay đổi, làm giảm chất lượng quá trình phay. - Để hạn chế các ảnh hưởng có hại như trên, cần nghiên cứu kết cấu của dao phay và các điều kiện cắt khác sao cho quá trình cắt được diễn ra với diện tích cắt không đổi. -Quá trình phay với diện tích cắt không đổi được gọi là Phay Cân Bằng.    n i iZ BSF 1 sin..     n i iZSBF 1 cos.      n i dici Z n i i SD fF 11 coscos sin2 .   24 §5.4. Phay cân bằng (Equilibrium milling process) 5.4.1. Phay cân bằng: Equilibrium milling process dao phay trô răng xo¾n cã b­íc chiÒu trôc b»ng chiÒu réng phay (Tt = B). Trªn mÆt ph¼ng n»m ngang, thÊy ®iÓm cuèi cña răng thø n -1 vµ ®iÓm ®Çu cña răng thø n n»m trªn cïng mét ®­êng sinh cña mÆt trô dao phay: C1 = ®2 , C2 = ®3 , ... , Cn-1 = ®n. Tæng diÖn tÝch líp c¾t ®­îc tÝnh b»ng: Vì cosc1 = cosd2; cosc2 = cosd3; ., nên: c1d2 d1d2d3 C3 C2 C1 d1 C1 d2 C2 d3C3 B Tt r c2d3 c3=0 d     n i dici Z n i i SD fF 11 coscos sin2 .    1coscossin.2 . dcn ZSDF      constStSDF ZZ     sin . cos1 sin.2 . 25 §5.5. Lực cắt khi phay (Cutting force components when milling) §5.6. Sự mài mòn & tuổi bền dao phay (Tool wear & tool life of milling tools) §5.7. Chế độ cắt khi phay. (Cutting data when milling)