Giáo trình Công nghệ kim loại - Phần II: Gia công cắt gọt (Dùng cho sinh viên ngành Cơ khí) (Phần 2)
Chương 5 gia công trên máy khoan - MáY doa 5.1 Công dụng, khả năng 5.1.1 Công dụng Trên máy khoan, máy doa, với các dụng cụ cắt tương ứng (như mũi khoan, mũi khoét, mũi doa, mũi ta rô...) có thể thực hiện được các công việc sau: - Khoan lỗ đặc, mở rộng lỗ có sẵn; - Khoan lỗ thông và lỗ không thông; - Khỏa mặt đầu, vát mép các lỗ; - Doa các lỗ trụ và lỗ côn đã có sẵn. - Cắt ren... 5.1.2. Khả năng a. Khoan có thể gia công các lỗ có đường kính = (0,2580)mm đã có hoặc ch
Tóm tắt tài liệu Giáo trình Công nghệ kim loại - Phần II: Gia công cắt gọt (Dùng cho sinh viên ngành Cơ khí) (Phần 2), để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ưa có lỗ sẵn, đạt cấp chính xác (IT14IT12), độ nhám cấp
(35).
Với khả năng trên, khoan thường được sử dụng để gia công thô.
b. Khoét có khả năng gia công các lỗ đạt cấp chính xác (IT11IT10), độ
nhám cấp (57). Khoét thường được dùng để mở rộng lỗ có sẵn (do khoan hoặc
do các phương pháp khác như đúc, rèn... để lại) nhằm nâng cao độ chính xác hình
dáng và cấp độ nhám bề mặt gia công.
Khoét thường là nguyên công trung gian hoặc nguyên công cuối. Lượng dư
cho nguyên công khoét nhỏ, thường lấy (0,53)mm.
c. Doa có thể đạt độ chính xác (IT9IT7), độ nhám cấp (810).
Doa thường được sử dụng để gia công tinh các lỗ đã có sẵn. Lượng dư cho
nguyên công doa rất nhỏ, thường lấy (0,050,5)mm.
Khi khoan, khoét, doa trên máy khoan, máy doa, phôi được kẹp cố định
trên bàn máy, còn dụng cụ cắt đảm nhiệm cả hai chuyển động:
- Chuyển động chính là chuyển động quay tròn quanh trục dao (chuyển
động cắt),
- Chuyển động chạy dao là chuyển động tịnh tiến dọc trục dao.
5.2. Dụng cụ cắt trên máy khoan, máy doa
5.2.1. Mũi khoan
a. Các loại mũi khoan
Dụng cụ cắt khi khoan được gọi là mũi khoan.
Theo kết cấu và chức năng mũi khoan được phân loại như sau: mũi khoan
rãnh xoắn, mũi khoan dẹt, mũi khoan lỗ tâm, mũi khoan lỗ sâu, mũi khoan
chắp mảnh hợp kim cứng...
b. Kết cấu của mũi khoan xoắn
Mũi khoan xoắn (còn gọi là mũi khoan ruột gà) được chia làm ba phần:
cán dao, cổ dao và phần làm việc (hình 5-1).
1. Cán dao l1: là phần định tâm mũi khoan vào lỗ côn của trục chính
hoặc tâm của bầu cặp mũi khoan và nhận mô men xoắn. Phần cán dao
có thể là trụ hoặc côn. Đối với mũi khoan có đường kính nhỏ
(D12mm) phần cán là hình trụ; mũi khoan có đường kính lớn
(D16mm) phần cán là hình côn.
2. Cổ dao l2: là phần nối giữa cán dao và phần làm việc của mũi khoan.
Thông thường cổ dao là nơi dùng để đóng dấu ký hiệu mũi khoan (đường
kính mũi khoan và vật liệu chế tạo). Trong chế tạo mũi khoan, cổ dao là nơi
thoát dao khi gia công phần cán dao và phần làm việc.
Hình 5-1 Cấu tạo của mũi khoan xoắn
3. Phần làm việc bao gồm phần định hướng và phần cắt:
Phần định hướng l3: dùng để định hướng mũi khoan khi cắt và cũng là nơi dự trữ
để mài lại mũi khoan khi mòn. Phần định hướng có các đặc điểm sau:
- Có hai cạnh viền (đường me). Khi khoan, cạnh viền tiếp xúc với bề mặt gia
công giữ cho mũi khoan không bị nghiêng, đồng thời làm giảm ma sát giữa mũi
khoan và bề mặt gia công. Chiều rộng cạnh viền trong khoảng f = (0,62,6)mm.
- Đường kính phần định hướng giảm dần về phía cán tạo thành góc nghiêng
phụ 1 để giảm ma sát giữa mặt sau của dao và bề mặt đã gia công. Độ côn
ngược phần định hướng khoảng (0,040,09)mm trên chiều dài 100mm kể từ
phần cắt cho tới phần cán của dao.
- Có hai rãnh thoát phoi dạng xoắn vít.
- Nối liền giữa hai rãnh xoắn là lõi khoan. Khi đường kính mũi khoan trong
khoảng D = (1,8 80)mm thì đường kính lõi khoan là dlõi=(0,190,125)D.
Đường kính lõi lớn dần về phía cán mũi khoan.
Phần cắt l4 là phần trực tiếp tham gia
cắt để tạo nên phoi. Phần cắt của mũi
khoan về cơ bản giống dao tiện, nghĩa
là cũng bao gồm các mặt, các lưỡi và
các góc dao, nhưng nó phức tạp hơn do
có những điểm khác dưới đây:
- Phần cắt mũi khoan có năm lưỡi cắt,
bao gồm hai lưỡi cắt chính ab và cd,
hai lưỡi cắt phụ be và df, một lưỡi cắt
ngang ac.
- Hai mặt trước là hai phần mặt xoắn
của hai rãnh xoắn. Hai mặt sau chính
có dạng mặt xoắn (tương ứng với
lưỡi cắt chính), mặt côn hoặc mặt
phẳng tùy theo cách mài. Hai mặt
sau phụ là hai cạnh viền.
Hình 5-2 Các yếu tố cơ bản phần
cắt của mũi khoan xoắn.
c. Thông số hình học tĩnh của mũi khoan xoắn
1. Góc trước
Góc trước của răng dao mũi khoan được đo trong mặt cắt chính N-N và
được định nghĩa như sau:
Góc trước của răng dao mũi khoan là góc giữa đường tiếp tuyến với mặt
trước của răng dao tại điểm khảo sát và đường pháp tuyến với mặt phẳng tiếp tuyến
với bề mặt quay tròn của lưỡi cắt quanh tâm tại điểm đó.
Trị số góc trước tại một điểm bất kỳ trên lưỡi cắt chính x được xác định
theo công thức sau:
sin
tg
.
D
D
tg X [radian] (5.1)
trong đó: - Dx là đường kính vòng tròn đi qua điểm khảo sát, mm,
- x là góc trước tại điểm khảo sát trên lưỡi cắt chính của mũi khoan,
độ,
- D là đường kính mũi khoan, mm
- là góc xoắn, độ
- là góc nghiêng chính, độ
Từ (5.1) có nhận xét: Góc trước của mũi khoan thay đổi theo hướng giảm
dần từ ngoài vào tâm mũi khoan. Thường chọn D = (18o 30o).
2. Góc sau chính
Góc sau chính tại một điểm của lưỡi cắt chính là góc hợp bởi mặt
phẳng tiếp tuyến với mặt sau tại điểm khảo sát của lưỡi cắt và mặt
phẳng tiếp tuyến với đường tròn quỹ đạo của điểm đó quanh tâm mũi
khoan, đo trong mặt cắt dọc trục A-A.
Tương quan giữa góc sau chính ở tiết diện chính N và góc sau chính ở
mặt cắt dọc trục X có thể biểu thị qua công thức:
tgN = tgX.sin (5.2)
trong đó: - X là góc sau chính tại điểm khảo sát, đo trong mặt cắt dọc trục
A-A,
- N là góc sau chính đo trong mặt cắt chính N-N
Tương tự góc trước, góc sau cũng có trị số thay đổi dọc theo lưỡi cắt chính
theo hướng giảm dần từ ngoài vào tâm mũi khoan. Vì vậy, khi mài dao cần
chú ý sao cho trị số góc sau động ở những điểm gần tâm đảm bảo điều
kiện cắt được.
Thường chọn trị số góc sau tĩnh như sau:
- Tại chu vi khi Dx = D thì = (8o5o).
- ở gần tâm khi Dx 0 thì = (20o 25o).
Góc sau phụ 1 = 0o.
N
A A
Phóng to
A
A
N
N
N
Dx
X X
X
D
N N
Phóng to
N N
Phóng to
Hình 5-3 Các góc phần cắt của mũi khoan
3. Góc nghiêng lưỡi cắt chính
Góc nghiêng lưỡi cắt chính là góc giữa hình chiếu lưỡi cắt chính trên
mặt đáy và phương chạy dao. Đối với mũi khoan người ta còn dùng khái
niệm góc đỉnh dao 2 . Trị số góc đỉnh dao 2 tuỳ thuộc vào tính chất vật
liệu gia công và dao động trong phạm vi 2 = (80o140o). Vật liệu càng dòn
chọn góc 2 càng nhỏ, vật liệu càng dẻo chọn góc 2 càng lớn. Chẳng
hạn:
Khi gia công đá hoa chọn: 2 = 80o
Khi gia công thép có độ cứng trung bình chọn: 2 = (116o 120o).
Khi gia công thép có độ cứng cao chọn: 2 = 125o.
Khi gia công nhôm chọn: 2 = 140o
Góc nghiêng lưỡi cắt phụ 1 được tạo nên do độ côn ngược của phần dẫn
hướng. Đối với mũi khoan làm bằng thép dụng cụ thường chọn 1 = (2o
4o).
4. Góc nghiêng lưỡi cắt ngang
Góc nghiêng lưỡi cắt ngang là góc giữa hình chiếu của lưỡi cắt ngang và
lưỡi cắt chính trên mặt phẳng vuông góc với đường tâm mũi khoan.
Đối với những mũi khoan tiêu chuẩn thường chọn:
=55o nếu đường kính mũi khoan D15mm;
= 50o nếu đường kính mũi khoan D15mm.
5. Góc xoắn rãnh thoát phoi
Góc xoắn rãnh thoát phoi là góc giữa đường tâm của mũi khoan và
đường tiếp tuyến với đường xoắn rãnh thoát phoi tại chu vi (hình 5-1). Góc
ảnh hưởng đến lực cắt, quá trình tạo phoi, độ bền và tuổi thọ của mũi
khoan. Khi tăng mức độ biến dạng dẻo của phoi và ma sát giữa mặt trước
dao với phoi giảm, phoi thoát dễ. Nhưng nếu tăng vượt quá trị số hợp lý
thì điều kiện cắt lại xấu đi, vì khi đó chiều dài đoạn đường chuyển động của
phoi tăng, phoi có thể tựa vào tjành rãnh xoắn nên ma sát và nhiệt độ ở
thành rãnh xoắn tăng. Ngoài ra, khi trị số góc lớn thì góc sắc nhỏ nên
độ bền và tuổi thọ mũi khoan giảm.
Góc của mũi khoan thép gió chọn phụ thuộc vào vật liệu gia công:
- Khi gia công thép, gang có độ cứng trung bình chọn: = (25o 30o)
- Khi gia công nhôm, đồng đỏ chọn: = (35o 40o).
Càng gần tâm mũi khoan góc càng nhỏ.
6. Góc nâng lưỡi cắt chính
Góc nâng lưỡi cắt chính (xác định tương tự dao tiện) là góc giữa lưỡi cắt
chính và pháp tuyến với véc tơ tốc độ cắt đo trong mặt phẳng cắt.
Có thể xác định góc nâng lưỡi cắt chính theo công thức:
sin = sin.sin (5.3)
Trị số góc nâng lưỡi cắt chính chọn trong khoảng = (7o2012o20)
d. Thông số hình học của mũi khoan ở trạng thái làm việc
Khi làm việc, ngoài chuyển động chính, mũi khoan còn nhận chuyển động
chạy dao dọc theo tâm của nó. Bởi vậy, mặt phẳng cắt thực tế sẽ thay đổi so với
mặt phẳng cắt đã giả định khi khảo sát thông số hình học của dao ở trạng thái
tĩnh. Do mặt phẳng cắt thay đổi nên các góc trước và góc sau của mũi khoan cũng
thay đổi và sự thay đổi này có thể tính được như sau (hình 5-3,b):
đ = và đ = (5.4)
trong đó: - là góc nghiêng của quỹ đạo cắt, tg =
D
S
;
- s là lượng chạy dao khi khoan, mm/vòng;
- D là đường khính mũi khoan tại điểm khảo sát, mm.
Nhận xét: Nếu lượng chạy dao s càng lớn và điểm khảo sát trên lưỡi cắt
chính càng gần tâm thì trị số góc càng lớn, nghĩa là trị số góc sau động đ
càng nhỏ. Bởi vậy, khi mài dao cần chú ý phải chọn góc sau tại những
điểm càng gần tâm càng lớn để tránh hiện tượng đ có trị số nhỏ hơn
không.
5.2.2. Mũi khoét
Khoét dùng để gia công những lỗ đã có sẵn (lỗ đúc, lỗ dập hoặc lỗ đã khoan)
với mục đích mở rộng kích thước, tạo độ chính xác kích thước và nâng cao cấp độ
nhám bề mặt. Ngoài ra, khoét còn dùng để tạo các lỗ đầu bu lông dạng trụ hoặc
côn, khỏa mặt đầu, vát mép...
a. Kết cấu mũi khoét
Cấu tạo của mũi khoét tương tự mũi khoan xoắn (hình 5-5) song mũi khoét
có một số đặc điểm riêng sau đây:
- Mũi khoét có nhiều răng cắt hơn mũi khoan, từ Z = 3 (khi D 35mm) đến
Z = 4 (khi D35mm). Do đó, mũi khoét có độ cứng vững lớn, khả năng
định hướng tốt trong quá trình làm việc, cho phép nâng cao năng suất
cắt.
- Mũi khoét không có lưỡi cắt ngang.
- Răng cắt của mũi khoét có ba lưỡi: lưỡi cắt chính, lưỡi nối tiếp và lưỡi cắt
phụ (hình 5-4). Chiều dài làm việc của lưỡi cắt phụ bằng
Z
S
, trong đó s là lượng
chạy dao vòng (mm/vòng), còn Z là số răng cắt của dao. Để tăng khả năng định
hướng cho mũi khoét, trên răng cắt của dao có cạnh viền, chiều rộng cạnh viền
f = (0,81,2)mm.
- Mũi khoét có đường kính D32mm được chế tạo liền khối. Các mũi khoét
có đường kính D = (32 100)mm được chế tạo dưới dạng răng chắp.
Hình 5-4 Mũi khoét
1- Phần cắt. 2-Phần dẫn hướng. 3- Phần cổ dao. 4- Phần cán.
b. Thông số hình học của mũi khoét
Thông số hình học của các răng mũi khoét được đo trong mặt cắt chính N-N
(mặt cắt vuông góc với hình chiếu của lưỡi cắt chính trên mặt phẳng đi qua tâm
của mũi khoét, xem hình 5-4).
1. Góc trước
Góc trước của mũi khoét có trị số được chọn tuỳ thuộc vào tính chất của vật
liệu chế tạo dao và vật liệu gia công.
Đối với những mũi khoét có răng dao bằng thép gió thường chọn:
Khi gia công thép: = (8o 15o)
Khi gia công gang: = (6o 8o)
Khi gia công kim loại màu: = (25o 30o)
2. Góc sau
Góc sau của mũi khoét có trị số được chọn tuỳ thuộc vào tính chất cơ lý của
vật liệu gia công. Thường chọn = (8o 10o).
3. Góc nghiêng lưỡi cắt chính có trị số được chọn tuỳ thuộc vào tính chất
cơ lý của vật liệu chế tạo dao.
Các mũi khoét chế tạo từ thép gió có: = (45o 60o).
Các mũi khoét chế tạo từ hợp kim cứng có: = (60o 75o).
4. Góc nghiêng lưỡi cắt phụ (độ côn ngược) có trị số: 1= (1o 2o).
5. Góc xoắn rãnh thoát phoi có trị số: = (10o 25o)
5.2.3. Mũi doa
Doa là phương pháp gia công tinh các lỗ sau khoét hoặc sau tiện móc lỗ.
Có thể phân loại mũi doa theo các chỉ tiêu sau:
- Theo phương pháp gia công có: mũi doa tay, mũi doa máy.
- Theo kết cấu có: mũi doa đuôi côn, mũi doa đuôi trụ.
- Theo bề mặt gia công có: mũi doa lỗ trụ, mũi doa lỗ côn.
- Theo phương pháp kẹp chặt răng dao có: mũi doa răng liền, mũi doa răng
chắp.
- Theo khả năng điều chỉnh đường kính gia công có: mũi doa điều chỉnh
được và mũi doa không điều chỉnh được.
a. Kết cấu mũi doa lỗ trụ
Kết cấu của mũi doa lỗ trụ (hình 5-5) gồm ba phần: phần làm việc, phần cổ
dao và phần cán.
1. Phần làm việc l1 gồm có:
Côn dẫn hướng có góc côn đỉnh bằng 90o.
Phần cắt l4 thực hiện hầu hết khối lượng công việc cắt.
Phần sửa đúng l5 dùng để dẫn hướng mũi doa trong quá trình cắt và sửa
đúng cho lỗ gia công. Ngoài ra, phần sửa đúng còn là nơi dự trữ để mài lại mũi
doa khi mòn.
Phần côn ngược l6 có tác dụng làm giảm ma sát giữa mặt sau của dao và bề
mặt đã gia công của lỗ.
2. Cổ dao l2 là phần nối giữa cán dao và phần làm việc của mũi doa.
Trong quá trình chế tạo mũi doa, cổ dao là rãnh thoát dao khi gia công phần
cán dao và phần làm việc.
3. Cán dao l3 được chế tạo ở dạng trụ có đầu vuông đối với mũi doa tay.
Đối với mũi doa máy, cán dao được chế tạo có dạng đuôi côn hoặc đuôi
trụ.
Nhìn chung, kết cấu mũi doa lỗ trụ tương tự mũi khoét, song có một số
đặc điểm khác như sau:
Mũi doa có nhiều răng cắt hơn mũi khoét nên mũi doa có độ cứng vững lớn
hơn, khả năng định hướng tốt hơn khoét trong quá trình cắt. Thông thường, số
răng của mũi doa trong khoảng Z = (6 16) và có thể xác định theo công thức:
Z = 1,5 D K (5.5)
trong đó: - D là đường kính lỗ cần doa (đường kính phần sửa đúng), mm;
- K là hằng số phụ thuộc vật liệu gia công. Lấy K = 2 khi gia công vật
liệu dẻo, K = 4 khi gia công vật liệu dòn.
Mũi doa không có lưỡi cắt ngang.
Nói chung, răng dao doa được làm thẳng. Để thoát phoi tốt, đặc biệt là khi
gia công vật liệu dẻo, người ta chế tạo mũi doa răng nghiêng. Thông thường,
góc xoắn của răng dao doa được chọn trong khoảng = (10o 45o). Vật liệu gia
công càng dẻo chọn trị số góc xoắn càng lớn. Khi doa lỗ thông nên chế tạo răng
nghiêng tránh để phoi thoát về phía mặt đã gia công. Phần cắt răng dao được
mài nhọn, còn phần sửa đúng răng dao được mài để lại cạnh viền có chiều rộng
f=(0,080,5)mm (tuỳ thuộc vào đường kính) để tạo nên phần trụ dẫn hướng.
Hình 5-5 Kết cấu mũi doa lỗ trụ
b. Thông số hình học của mũi doa lỗ trụ
1. Góc nghiêng chính
Tương tự mũi khoan, đối với mũi doa người ta cũng dùng khái niệm góc
đỉnh dao 2. Góc này chọn tuỳ thuộc vào loại mũi doa và tính chất gia
công:
- Khi doa lỗ thông chọn:
= (301o30) đối với mũi doa tay;
= (12o 15o) đối với mũi doa máy, khi gia công vật liệu dẻo;
= (3o 5o) đối với mũi doa máy, khi gia công vật liệu cứng, dòn và vật
liệu khó gia công;
= (30o 45o) đối với mũi doa gắn mảnh hợp kim cứng.
- Khi doa lỗ không thông chọn:
= 45o đối với các mũi doa tay;
= 60o đối với các mũi doa máy;
= 75o đối với các mũi doa có răng bằng hợp kim cứng.
2. Góc trước và góc sau của răng dao:
Góc trước và góc sau của mũi doa được đo trong mặt cắt chính. Trị số
của , được xác định tuỳ thuộc tính chất vật liệu gia công và tính chất vật liệu
làm dao. Có thể chọn như sau:
= 0o đối với các mũi doa thép gió dùng để doa tinh;
= (5o 10o) đối với các mũi doa thép gió dùng để doa thô;
= (0o 5o) đối với các mũi doa bằng hợp kim cứng.
Góc sau của phần cắt lấy trong phạm vi = (5o 10o).
5.3. Đặc điểm của quá trình cắt khi khoan
Các hiện tượng vật lý xảy ra trong quá trình cắt và tạo phoi khi khoan có nhiều
điểm tương tự quá trình cắt và tạo phoi khi tiện. Nhưng do kết cấu của dụng cụ cắt
và điều kiện cắt có khác với tiện nên quá trình khoan có một số đặc điểm riêng
như sau:
Dụng cụ cắt có nhiều răng cắt và mũi khoan lại có lưỡi cắt ngang với góc
trứơc âm nên điều kiện cắt rất xấu, lực hướng trục lớn, lưỡi cắt phụ có độ bền
kém, góc sau phụ 1 = 0o, tốc độ cắt tương đối cao, chiều sâu cắt lớn, nhiệt cắt
lớn nên dao dễ bị mài mòn. Ngoài ra, góc sau và tốc dộ cắt thay đổi dọc theo
lưỡi cắt chính, điều kiện ma sát cũng khác nhau, do đó hệ số co rút phoi cũng
tăng dần từ ngoài vào tâm.
Khi mài các lưỡi cắt khó đạt được yêu cầu về tính đối xứng, do đó khi
cắt dễ gây ra rung động, lỗ sau khi gia công có đường kính lớn hơn đường kính
dụng cụ cắt (hiện tượng lay rộng lỗ). Mũi khoan dài có độ cứng vững kém, độ
đồng tâm giữa phần đuôi mũi khoan và phần làm việc của nó không cao, hai
lưỡi cắt mòn không đối xứng, nên khoan dễ bị lệch, độ chính xác và cấp độ
nhám bề mặt không cao.
So với tiện, khả năng thoát phoi khi khoan, khoét, doa khó hơn nhiều,
khoảng không gian chứa phoi lại nửa kín nên thời gian tiếp xúc giữa phoi và chi
tiết gia công dài; việc tưới dung dịch trơn nguội vào vùng cắt khó và khi đến vùng
cắt dung dịch đã bị nung nóng do phải qua phoi nên hiệu quả làm nguội không cao;
mặt khác, do tản nhiệt khó khăn nên khả năng nâng cao tốc độ cắt bị hạn chế.
Mũi khoan chịu mô men xoắn và lực dọc trục.
5.4. Các yếu tố cắt khi khoan- khoét -doa
5.4.1. Các yếu tố chế độ cắt
a. Chiều sâu cắt t
Khi khoan lỗ đặc chiều sâu cắt được xác định như sau:
t =
2
D
[mm] (5.6)
Khi khoan mở rộng lỗ, khoét, doa chiều sâu cắt được xác định như sau:
t =
2
dD
[mm] (5.7)
trong đó: - D là đường kính lỗ gia công, mm;
- d là đường kính lỗ trước khi gia công, mm.
c. Lượng chạy dao s
Khi khoan, khoét (gia công thô, bán tinh) để đảm bảo điều kiện bền răng dao,
người ta quan tâm đến lượng chạy dao răng sZ [mm/răng].
Khi doa (gia công tinh) để dảm bảo yêu cầu chất lượng bề mặt gia công,
ngưòi ta quan tâm đến lượng chạy dao vòng s [mm/vòng].
c. Tốc độ cắt V
Tốc độ cắt khi khoan được chọn là tốc độ vòng của điểm xa tâm nhất trên
lưỡi cắt:
V =
1000
.. nD [m/ph] (5.8)
trong đó: - D là đường kính của lỗ gia công, mm;
- n là tốc độ vòng quay của dao, vòng/phút.
d. Thời gian máy TO
Thời gian máy khi khoan được tính theo công thức:
TO = Sn
L
.
=
Sn
lll
.
21 [ph] (5.9)
trong đó: - L là chiều dài hành trình làm việc của dao, mm;
- l là chiều dài lỗ gia công, mm;
- l1 là khoảng vượt quá của dụng cụ, mm, thường chọn l1= (13)mm;
- l2 là chiều dài ăn dao, mm, thường chọn l2 0,3.D mm.
5.4.2. Thông số tiết diện ngang lớp cắt
Hình 5-6 Thông số hình học của lớp cắt
a) Khi khoan lỗ đặc b) Khi khoan mở rộng lỗ, khoét , doa
a. Chiều dày cắt a
Chiều dày cắt a được xác định theo công thức:
D
t
n
s
b s z
a
a)
s
n
t
D
a
b
s z
d
b)
a = sZ.sin = Z
S .sin [mm] (5.10)
trong đó: - là nửa góc đỉnh dao;
- SZ là lượng chạy dao răng, mm/răng;
- Z là số răng dao.
- S là lượng chạy dao vòng, mm/vòng;
b. Chiều rộng cắt b
Khi khoan lỗ đặc chiều rộng cắt b được xác định như sau:
b =
sin.2
D
[mm] (5.11)
Khi khoan mở rộng, khoét, doa chiều rộng cắt b được xác định như sau:
b =
sin
t
=
sin.2
dD
[mm] (5.12)
c. Diện tích tiết diện ngang lớp cắt F
Khi khoan lỗ đặc, diện tích tiết diện ngang lớp cắt được xác định như sau:
FZ = a.b = 4
.DS
[mm2] (5.13)
Khi khoan mở rộng, khoét, doa, diện tích tiết diện ngang lớp cắt được xác
định như sau:
FZ = a.b = Z
tS. [mm2] (5.14)
5.5. Lực cắt
5.5.1. Lực cắt khi khoan
a. Các thành phần lực tác dụng lên mũi khoan
Các thành phần lực tác dụng lên mũi khoan khi cắt được thể hiện như
hình 5-7. Trong đó: PZ là lực tiếp tuyến, PY hướng kính, PX hướng dọc trục mũi
khoan. Thành phần lực dọc trục tác dụng trên lưỡi ngang được ký hiệu là Png.
Giả sử mũi khoan có hai lưỡi cắt được mài đối xứng tuyệt đối và các
điều kiện khác là lý tưởng, thì các lực tương ứng tác dụng lên các lưỡi cắt có
trị số như nhau. Khi đó, trên mũi khoan chỉ có lực chiều trục PO là tổng của
các lực chiều trục và mô men xoắn MX là tổng mô men của các lực tiếp tuyến
thành phần trên hai lưỡi cắt, còn các lực hướng kính từng đôi một triệt tiêu
nhau, nghĩa là PY = 0.
Thành phần lực PZ gây mô men xoắn lớn nhất (khoảng 80%MX), kế đó là
thành phần PZ1 (khoảng 12%MX).
Thành phần Png chiếm khoảng 57%PO ,
PX chiếm khoảng 40%PO , còn lại là thành
phần ma sát khoảng 3%PO .
b. Các yếu tố ảnh hưởng
ảnh hưởng của các yếu tố chế độ cắt,
tính chất vật liệu gia công, dung dịch
trơn nguội và các điều kiện khác đến mô
men xoắn Mx và lực dọc trục PO tương tự
như tiện. ở đây chỉ phân tích thêm một số
yếu tố cá biệt đi kèm quá trình khoan.
1. ảnh hưởng của góc xoắn
Tăng sẽ làm tăng (xem 5.1), công
vàlực làm biến dạng kim loại giảm, do đó PO
và Mx giảm. Tuy nhiên, không nên lấy
30o (thực nghiệm khoan thép cho thấy: khi
lấy 30o thì PO và Mx giảm không đáng kể).
2. ảnh hưởng của góc nghiêng chính
Tương tự như tiện, khi giảm làm chiều
Hình 5-7 Các thành phần lực
tác dụng lên mũi khoan
dày cắt giảm, còn chiều rộng cắt tăng nên PO và PZ tăng, nhưng mặt khác, giảm
làm mũi khoan nhọn hơn nên dễ đi sâu vào kim loại gia công, do đó giảm
được lực chạy dao PO và lượng giảm lại nhiều hơn lượng tăng nói ở trên. Vì
vậy, khi giảm làm MX tăng còn PO giảm.
3. ảnh hưởng của lưỡi cắt ngang
Góc trước của lưỡi cắt ngang âm nên điều kiện cắt khi khoan rất xấu và chiều
dài lỡi cắt ngang càng lớn thì PO và MX càng tăng, nhưng PO tăng rất nhiều trong
khi MX tăng ít. Mặt khác, khi chiều dài lưỡi ngang tăng làm góc nhỏ đi nên PO
lại tăng. Do đó, mài ngắn lưỡi ngang là một trong những biện pháp giảm PO.
4. ảnh hưởng của đường kính mũi khoan:
Đường kính mũi khoan D ảnh hướng lớn đến PO và MX. Mặc dù khi tăng
D thì diện tích tiết diện ngang của rãnh xoắn tăng nên phoi thoát dễ, nhưng
PX
PZ
PZ
PY
PY
PX
Png
b
Nhìn theo b
MX
khi đó chiều sâu cắt t cũng tăng và diện tích tiết diện ngang lớp cắt tăng nên
PO và MX tăng.
Qua nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến PO và MX (chủ yếu cho khoan)
ngưới ta thành lập được các công thức tính PO và MX như sau:
Khi khoan lỗ đặc:
PO = CP.D
xp.Syp.Kp [N] (5.15)
MX = CM.D
xm.Sym.Km [N.mm] (5.16)
Khi khoan mở rộng lỗ:
PO = CP.D
xp.Syp.tup.Kp [N] (5.17)
MX = CM.D
xm.Sym.tup.Km [N.mm] (5.18)
5.5.2 Lực cắt khi khoét và doa
Đối với khoét và doa, do không có lưỡi ngang nên Png = 0 và Pzng = 0,
còn các thành phần khác so với khoan nhỏ hơn nhiều nên thường bỏ qua, chỉ tính
cho dao làm bằng hợp kim cứng.
Khi khoét và doa bằng dao hợp kim cứng:
PO = CP.D
xp.Syp.tup.Kp [N] (5.19)
MX = CM.D
xm.Sym.tup.Km [N.mm] (5.20)
Trong các công thức (5.15), (5.16), (5.17), (5.18), (5.19), (5.20) trên đây, các
hệ số CP, CM kể tới tính chất của vật liệu gia công và điều kiện cắt.
Chú ý: Khi tra CP, CM ở các tài liệu dùng đơn vị lực là kG và mômen xoắn là
kG.m cần nhân giá trị CP, CM tra được với 9,8 để phù hợp với các công thức
(5.15), (5.16), (5.17), (5.18), (5.19), (5.20).
5.5.3. Công suất cắt
Công suất cắt khi khoan, khoét, doa có thể tính theo công thức:
NC = 9554
.nM X [kW] (5.21)
ở đây: MX tính theo N.mm, n tínhtheo vòng/phút.
5.6. Tốc độ cắt
5.6.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến mòn dao và tuổi bền
a. Tuổi bền của dụng cụ
1. Mài mòn của dụng cụ và các phương pháp mài dụng cụ để tăng tuổi bền:
Tương tự như tiện trong quá trình làm việc, phần cắt của mũi khoan, mũi
khoét, mũi doa bị mài mòn theo thời gian. Nguyên nhân mài mòn là do ma
sát giữa mặt sau và cạnh viền của dụng cụ cắt với bề mặt đang và đã gia
công; giữa phoi với mặt trước. Tuy nhiên, mũi khoan làm việc trong điều
kiện rất không thuận lợi do thoát phoi và thoát nhiệt gặp nhiều khó khăn, do
tốc độ cắt của từng điểm trên lưỡi cắt có trị số khác nhau, góc trước và góc
sau có trị số thay đổi theo từng điểm dọc theo lưỡi cắt chính. Chính vì những
yếu tố này mà mũi khoan mòn nhanh. Thường mũi khoan, mũi khoét có các
khu vực mài mòn như sau (hình 5-8):
- Mài mòn đồng thời ở cả mặt sau và mặt trước. Dạng mòn này xuất hiện khi
gia công thép kết cấu. Mài mòn mặt sau tăng dần từ tâm ra mép ngoài.
- Mài mòn ở lưỡi cắt phụ. Dạng mòn này xuất hiện khi gia công vật liệu dẻo.
- Mài mòn ở góc nối tiếp lưỡi cắt chính với đường viền. Dạng mòn này xuất
hiện khi gia công vật liệu dòn và hợp kim chịu nhiệt. Đây là dạng mài mòn nguy
hiểm nhất, vì tại đó ứng suất lớn nhất, tốc độ cắt cao nhất, nhiệt độ và ma sát đều
lớn nên cường độ mòn lớn. Khi cạnh viền bị mài mòn, mũi khoan mất độ côn
ngược nên dễ bị mẻ, gãy lưỡi cắt và làm tăng MX , PO.
- Mài mòn ở lưỡi ngang. Dạng mòn này xuất hiện khi lưỡi cắt ngang quá dài
và nhiệt luyện không đúng. Mài mòn ở lưỡi ngang nhỏ nên người ta ít chú ý.
Hình 5-8 Các dạng mài mòn của mũi khoan
ảnh hưởng của các yếu tố đến độ mòn của mũi khoan thép gió khi gia công
thép có thể tính theo công thức:
hs = Ch.V
4,85. s 2,35.T1,42 [mm] (5.22)
trong đó: - hs là độ mòn mặt sau của mũi khoan;
- Ch là hệ số phụ thuộc vật liệu gia công và điều kiện cắt;
- V là vận tốc cắt, m/ph;
- s là lượng chạy dao, mm/vòng;
- T là tuổi bền dụng cụ cắt, ph.
Từ (5.22) có nhận xét: Tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến độ mòn của mũi
khoan, sau đó là lượng chạy dao và tuổi bền dụng cụ cắt. Vì vậy, để có lợi cho độ
bền mòn nên chọn tốc độ cắt nhỏ, còn lượng ghạy dao lớn. Giá trị độ bền mòn
của mũi khoan, mũi khoét, mũi doa được cho trong các sổ tay chế tạo máy.
Đối với doa, do chiều dày lớp cắt nhỏ và tốc độ cắt thấp nên mài mòn chủ
yếu ở mặt sau và vùng nối tiếp giữa phần cắt và phần định hướng.
Thông thường người ta lấy mòn theo mặt sau để làm chỉ tiêu đánh giá mòn.
Trị số mòn cho phép có thể lấy:
- Đối với mũi khoan: [hs] = (13)mm;
- Đối với mũi khoét: [hs] = (0,21,5)mm;
- Đối với mũi doa: [hs] = (0,60,8)mm.
2. Các phương pháp mài dụng cụ để tăng tuổi bền
- Mài ngắn lưỡi ngang hoặc mất hẳn lưỡi ngang:
Như phần trên đã nêu, do góc trước lưỡi ngang âm nên điều kiện cắt xấu và
chiều dài lưỡi ngang càng lớn thì PO và MX càng tăng. Do đó, mài ngắn lưỡi
ngang (hình 5-9,a,b) hoặc mài mất hẳn lưỡi ngang (hình 5-9,c), có thể giảm lực
chạy dao PO, nhờ đó có thể tăng tuổi bền của mũi khoan. Mài ngắn lưỡi ngang
còn làm góc trước ở tâm dương, giữ lưỡi cắt chính là đường thẳng nên lực PO
giảm tới (3035)%. Khi khoan vật liệu mềm cho phép mài ngắn lưỡi ngang tới
50%, khi khoan vật liệu cứng có thể mài ngắn lưỡi ngang tới 30%.
- Mài mũi khoan có góc sau phụ 1 (hình 5-9,e):
Đối với mũi khoan tiêu chuẩn 1= 0 nên khi cắt ma sát lớn, do đó dao mòn
nhanh. Khi gia công các lỗ có đường kính D > 12mm trên chi tiết có độ cứng cao
nên mài mũi khoan có góc sau phụ 1 trên phần làm việc và chiều rộng cạnh viền
còn lại f = (0,20,4)mm.
Các mũi khoan mài như vậy có thể tăng tốc dộ cắt lên (1015)% nếu giữ
nguyên tuổi bền T.
Hình 5-9 Các phương pháp mài mũi khoan
- Mài mũi khoan có lưỡi nối tiếp:
Đối với các mũi khoan có đường kính D>12mm dùng để khoan chi tiết bằng gang
hoặc thép có giới hạn bền cao ( > 550MPa) nên mài có lưỡi nối tiếp. Mũi khoan
mài có lưỡi nối tiếp (hình 5-9, d) có thể tăng tuổi bền lên gấp (23) lần khi gia
công thép và (36) lần khi gia công gang. Do có lưỡi nối tiếp nên khả năng thoát
nhiệt tốt, đồng thời do chiều dài cắt tăng nên lực cắt trên một đơn vị dài của lưỡi
cắt giảm, vì vậy có thể tăng tốc độ cắt lên (1530)% khi cắt thép và 85% khi cắt
gang nếu giữ nguyên tuổi bền T.
A- A
b)
a) c)
A A 0
,
2-
0,
3
e)
h)
B
B
g)
d)
11
8o
70 o750
D
3. Quan hệ giữa tuổi bền và tốc độ cắt
Quan hệ giữa tuổi bền và tốc độ cắt của mũi khoan được xác định như sau:
V =
mT
A
[m/phut] (5.23)
trong đó: - m là hệ số và có giá trị m = 5 đối với dao chế tạo bằng thép gió;
- A là hằng số ứng với chế độ gia công xác định.
Trong thực tế có thể chọn tuổi bền của mũi khoan theo kinh nghiệm như sau:
Khi khoan thép: T = D.
Khi khoan gang: T = 2D.
ở đây: - D là đường kính mũi khoan, mm;
- T là tuổi bền, phút.
Có thể nâng cao tuổi bền của mũi khoan bằng các biện pháp sau đây:
- Làm ngắn chiều dài lưỡi cắt ngang.
- Mài kép lưỡi cắt chính với 2 =120o và 2O = 75o. Khi mài như vậy sẽ
làm tăng tuổi bền mũi khoan lên 8 lần trong khi có thể tăng tốc độ cắt lên 30%.
b. ảnh hưởng của lượng chạy dao và chiều sâu cắt
Chiều sâu cắt t và lượng chạy dao s càng lớn thì tốc độ cắt V càng giảm, vì
khi đó lực cắt, nhiệt cắt đều tăng làm cho dụng cụ cắt mòn nhanh. Nếu giữ
nguyên tuổi bền dụng cụ (T = const) cần giảm tốc độ cắt.
c. ảnh hưởng của đường kính mũi khoan
Đường kính mũi khoan càng tăng tốc độ cắt càng lớn. Điều này được giải
thích như sau: Khi tăng đường kính D làm chiều sâu cắt tăng nên nhiệt cắt tăng,
do đó tuổi bền dụng cụ giảm. Nhưng mặt khác, do tăng D kích thước dụng cụ
tăng lên nên khả năng thoát nhiệt tốt, hơn nữa thể tích rãnh thoát phoi tăng, phoi
thoát dễ, việc đưa dung dịch tơn nguội vào vùng cắt thuận lợi hơn, độ cứng vững
dụng cụ tăng nên tuổi bền dụng cụ tăng nhanh hơn so với độ giảm do tăng chiều
sâu cắt nói ở trên. Nếu giữ nguyên tuổi bền dụng cụ (T = const) thì có thể tăng V.
d. ảnh hưởng của vật liệu chi tiết gia công và vật liệu dụng cụ cắt
Vật liệu gia công và vật liệu dụng cụ cắt có ảnh hưởng lớn đến tốc độ cắt.
Các ảnh hưởng đó được tính theo các hệ số Kvl, Kvld và có thể xác định như sau:
Đối với Kvld:
- Mũi khoan làm từ vật liệu thép gió có Kvld = 1;
- Mũi khoan làm bằng thép dụng cụ có Kvld = 0,5;
- Mũi khoan làm bằng thép dụng cụ hợp kim có Kvld = 0,65;
- Mũi khoan làm bằng hợp kim cứng có Kvld = 2 3.
Đối với Kvl:
- Khi cắt thép: Kvl =
Vn
b
750
(5.24)
- Khi cắt gang: Kvl =
Vn
HB
1900
(5.25)
trong đó: - b là giới hạn bền của vật liệu gia công, MPa;
- HB là độ cứng của vật liệu gia công, MPa.
- Chỉ số mũ nV phụ thuộc trị số cụ thể của b, HB và được cho trong
các sổ tay công nghệ chế tạo máy.
e. ảnh hưởng của điều kiện gia công
- Dung dịch trơn nguội ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ cắt. Nếu sử dụng đúng
dung dịch trơn nguội trong quá trình cắt có thể tăng tốc độ cắt lên (1,41,5) lần.
Khi khoan thép có thể dùng dung dịch êmunxi (1015)%; khi khoét, doa dùng
dầu lưu hoá hoặc dung dịch êmunxi 5%.
- Lỗ gia công càng sâu tốc độ cắt càng thấp. Vì khi chiều sâu lỗ gia công
càng tăng khả năng thoát phoi, thoát nhiệt càng khó. Mặt khác, ma sát giữa phoi
và thành rãnh xoắn tăng làm giảm hiệu quả bôi trơn làm nguội nên tuổi bền dụng
cụ giảm.
5.6.2. Công thức tổng quát xác định tốc độ cắt
Tốc độ cắt khi kho...ao mặt đầu cao hơn khi dùng dao phay trụ do
không cần dùng trục gá dao dài.
* Trong cùng điều kiện, số răng đồng thời tham gia cắt khi phay bằng dao
phay mặt đầu lớn hơn khi phay bằng dao phay trụ nên quá trình phay ít rung
động, êm và năng suất cao.
* Có thể dùng nhiều dao để phay nhiều bề mặt cùng một lúc trên máy phay
giường.
* Dễ chế tạo dao phay răng chắp bằng các mảnh hợp kim cứng hơn dao
phay trụ.
* Quá trình mài dao dễ hơn so với dao phay trụ
c. Dao phay đĩa. Răng dao phay đĩa có thể bố trí trên mặt trụ hoặc bố
trí vừa ở mật trụ vừa ở một hoặc cả 2 mặt bên gọi là dao một mặt, hai mặt
hoặc ba mặt cắt (hình 8-2c)
Dao phay đĩa dùng để gia công các loại rãnh sâu, các loại mặt bậc hẹp
tương ứng với chiều rộng dao trên máy phay ngang.
d. Dao phay cắt. Dao phay cắt tương tự dao phay đĩa nhưng có chiều rộng B
nhỏ, dùng để cắt rãnh và cắt đứt chi tiết (hình 6-2d).
e. Dao phay góc. Dao phay góc có loại 1 góc (hình 6-2h) hoặc 2 góc đối
xứng hoặc không đối xứng. Răng dao bố trí cả mặt đầu và mặt chu vi.
Dùng để phay các rãnh góc (như rãnh mang cá), tạo răng của dụng cụ cắt,
các rãnh xoắn lớn... trên máy phay đứng hoặc ngang.
g. Dao phay rãnh then. Răng bố trí ở mặt đầu và mặt trụ. Dùng để gia công
rãnh then loại then bằng trên trục mà không cần khoan lỗ trước.
h. Dao phay ngón. Răng dao bố trí trên mặt trụ. Dùng để gia công các
loại rãnh.
Tất cả các loại dao trên có đặc điểm chung là mặt trước và mặt sau của
dao đều mặt phẳng, do vậy chế tạo đơn giản hơn các loại dao phay khác. Loại dao
này còn được gọi là dao phay răng nhọn.
i. Dao phay định hình. Dao phay định hình dùng để gia công các bề mặt,
các rãnh định hình. Prôphin của răng dao phù hợp với prôphin của bề mặt gia
công (hình 6-2g).
Dao phay định hình thường có mặt trước là mặt phẳng, còn mặt sau được
chế tạo là mặt xoắn Acsimet để khi mài lại dao, góc sau ở đỉnh răng dao và
prôphin răng dao không thay đổi. Khi mài chỉ mài lại mặt trước của dao. Loại dao
này còn gọi là dao phay hớt lưng.
6.2.2. Kết cấu và thông số hình học của dao phay
Dao phay có nhiều loại như đã xét ở trên, nhưng ở đây chúng ta chỉ khảo
sát kết cấu và thông số hình học của dao phay hình trụ răng xoắn rời và dao phay
mặt đầu làm đặc trưng, vì chúng có những nét chung mà khi khảo sát các loại dao
phay khác ta có thể suy ra từ đó.
a. Dao phay trụ răng xoắn. Răng dao phay trụ răng xoắn rời có
phương tạo với trục dao một góc . Có thể coi mỗi răng dao phay trụ tương
tự như một con dao tiện, nghĩa là kết cấu mỗi răng dao gồm có: Mặt trước
1; mặt sau chính 2; cạnh viền 3, lưỡi cắt chính 4, và lưng dao 5. Trên mỗi
răng cũng có góc trước và góc sau (hình 6-3)
Hình 6-3. Kết cầu dao phay trụ rời răng xoắn.
Góc trước và góc sau dao phay trục răng xoắn có thể đo trong mặt cắt NN
vuông góc với lưỡi cắt chính (, ) và đo trong mặt cắt vuông góc với trục dao
(mặt đầu: 1, 1) - các góc 1và 1 dùng để điều chỉnh dao khi mài mặt trước và
mặt sau; các góc và ảnh hưởng đến co rút phoi, mòn răng dao, lực cắt, chất
lượng bề mặt gia công... nghĩa là ảnh hưởng lớn đến quá trình cắt.
Quan hệ giữa các góc đó như sau:
tg = tg1cos (6.1)
cos
1
tgtg 1 (6.1)
Ngoài các thông số trên, còn một số thông số khác:
* Góc nghiêng của lưỡi cắt (góc xoắn) (góc này tương tự góc trong dao
tiện). Thường chọn = 100 600 tuỳ từng loại dao.
* d - đường kính lỗ gá dao, đã được tiêu chuẩn hoá, mm
* Số răng dao Z, răng
* Chiều cao răng dao h, mm
* Góc tâm giữa hai răng dao kề nhau
z
0360
[độ] (6.3)
* Bước vòng Tv- là khoảng cách giữa hai răng kề nhau đo theo cung tròn
đường kính D.
Z
DTv
[mm] (6.4)
D- đường kính dao phay, mm
* Bước chiều trục Ttr- là khoảng cách giữa hai răng kề nhau đo theo đường
tâm dao.
g
Z
DTtr cot [mm] (6.5)
*Bước pháp tuyến TN- là khoảng cách giữa hai răng kề nhau đo theo phương
vuông góc với lưỡi cắt.
cos
Z
DTN [mm] (6.6)
b. Dao phay mặt đầu
Hình 6-4. Kết cấu dao phay mặt đầu
Như dao phay trụ, dao phay mặt đầu có thể là răng liền hoặc răng chắp.
Thường dao phay làm bằng thép gió được chế tạo răng liền, còn dao phay làm
bằng hợp kim cứng chế tạo răng chắp. Ngoài một số thông số kết cấu tương tự
dao phay trụ răng xoắn, dao phay mặt đầu còn một số đặc điểm kết cấu sau:
* Dao phay mặt đầu làm bằng thép gió, mỗi răng dao có 3 lưỡi cắt: 1-2,
1-3 và 2- 4 (hình 6-4a) Khi gia công mặt phẳng nằm ngang, lưỡi cắt 1-2 sẽ là lưỡi
cắt chính, lưỡi cắt 1-3 sẽ là lưỡi cắt phụ, còn lưỡi cắt 2- 4 không tham gia cắt. Khi
phay mặt phẳng thẳng đứng, chỉ có lưỡi cắt 2- 4 tham gia cắt, và khi đó dao phay
mặt đầu làm việc như dao phay trụ răng xoắn.
* Dao phay mặt đầu làm bằng HKC chỉ có một lưỡi cắt chính và một lưỡi
cắt phụ. Để tăng sức bền của lưỡi cắt và tuổi bền của dao, người ta có thể làm
thêm một lưỡi cắt nối tiếp có chiều dài f0 = 1 1,5 mm với góc nghiêng 0 = 0,5
hoặc thay bằng cung tròn có bán kính r.
Góc trước và góc sau có thể đo trong mặt cắt chính NN hoặc ở mặt cắt
vuông góc với đường trục của dao (mặt đầu).
Mọi định nghĩa về góc độ của dao như đối với dao tiện. Quá trình cắt góc độ
của dao cũng thay đổi nhưng không lớn (thường <10) do đó có thể bỏ qua.
6.3. Các yếu tố cắt khi phay
6.3.1. Các yếu tố chế độ cắt (hình 6-2 và hình 6-5a, c)
a. Chiều sâu cắt t - Kích thước lớp kim loại được cắt ứng với một lần chạy
dao đo theo phương vuông góc với bề mặt đã gia công, mm.
Hình 6-5. Các yếu tố cắt khi phay
b. Lượng chạy dao. Dao phay là loại dụng cụ cắt có nhiều răng nên
người ta phân biệt các loại lượng chạy dao sau:
* Lượng chạy dao răng Sz - Lượng dịch chuyển của bàn máy mang phôi
theo phương chuyển động chạy dao sau khi dao quay được một góc răng,
mm/răng. Lượng chạy dao răng đặc trưng cho cường độ tải trọng tác dụng lên
răng dao phay. Thường khi gia công thô người ta sử dụng Sz.
* Lượng chạy dao vòng S - Lượng dịch chuyển của bàn máy mang phôi theo
phương chuyển động chạy dao khi dao quay được một vòng, mm/vòng. Lượng
chạy dao vòng ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt gia công, phay tinh chọn theo S.
*Lượng chạy dao phút Sph - Lượng dịch chuyển của bàn máy mang phôi theo
phương chuyển động chạy dao trong một phút, mm/ph. Lượng chạy dao phút đặc
trưng cho năng suất khi phay, sử dụng Sph để tính thời gian máy To.
Quan hệ giữa các lượng chạy dao như sau:
Sph = S. n = Sz . n . Z [mm/ph] (6.7)
Trong đó: Z - số răng của dao phay, răng
n - Số vòng quay của dao, vòng/ph
c. Tốc độ cắt V. Chuyển động tạo hình khi phay gồm chuyển động quay
tròn của dao và chuyển động tịnh tiến của phôi gia công nên quỹ đạo một điểm
của lưỡi cắt vạch lên bề mặt gia công là cung Xi- clô - it (cung 0A hình 6.5b).
Và tốc độ cắt tổng hợp tại một điểm trên lưỡi cắt:
snc VVV
Thường thành phần tốc độ cắt do chuyển động chạy dao tạo nên (Vs) rất nhỏ
so với thành phần tốc độ cắt do chuyển động chính tạo nên (Vn) nên bỏ qua. Do
vậy công thức tính tốc độ cắt có dạng:
1000
.. nDVV c
[m/ph] (6.8)
Và quỹ đạo một điểm của lưỡi cắt trên bề mặt gia công là đường tròn.
Trong công thức (6.8):
D- đường kính dao phay, mm.
n- số vòng quay của dao phay, vòng/ph
d. Thời gian máy T0. Thời gian máy khi phay được tính theo công thức:
t
h
nZS
lll
t
h
S
LT
zph
..
21
0 [ph] (6.9)
Trong đó: n- số vòng quay của dao phay, vòng/ph
L- chiều dài toàn bộ quãng đường dịch chuyển của bàn mang phôi theo
phương chuyển động chạy dao, mm.
l- chiều dài bề mặt gia công, mm
l2- lượng chạy quá của dao, mm. Thường lấy l2 = 1 5mm
l1- lượng chạy tới, được tính theo công thức:
Dao phay trụ (hình 6-5e):
)tD(tl 001 [mm] (6.9b)
Dao phay mặt đầu:
Phay đối xứng (hình 6-5g):
)tD(D
2
1l 20
2
1 [mm] (6.9c)
Phay không đối xứng (hình 6-5h)
)( 001 tDtl [mm] (6.9d)
h- lượng dư gia công ứng với một nguyên công, mm
t0- chiều sâu phay, mm
t- chiều sâu cắt, mm
e) g) h)
Hình 6-5. Sơ đồ xác định lượng chạy tới l1 khi phay
6.3.2. Các yếu tố lớp cắt (hình 6-2 và hình 6-5)
a. Chiều sâu phay t0 - kích thước lớp kim loại được cắt trong một lần
chạy dao đo theo phương vuông góc với trục dao phay, ứng với góc tiếp xúc
mm.
b. Góc tiếp xúc - Góc tâm dao chắn cung tiếp xúc l giữa dao và
phôi. Góc tiếp xúc được tính như sau:
Đối với dao phay trụ, dao phay đĩa, dao phay định hình (hình 6.5b)
cos =
D
t021 (6.10a)
hay sin /2 =
D
t0 (6.10b)
* Khi phay bằng dao phay mặt đầu:
- Phay đối xứng (hình6-5c): sin
D
t02/ (6.10c)
- Phay không đối xứng sin
12sin
2
0
D
t
ac
(6.10d)
c. Chiều rộng phay B - Kích thước lớp kim loại được cắt đo theo phương trục
dao, mm.
d. Số răng đồng thời tham gia cắt Z
* Đối với dao phay trụ răng xoắn:
D
tgZBZZ
..
.
3600
' [răng dao] (6.11a)
* Đối với dao phay mặt đầu, dao phay trụ răng thẳng và các dao tương tự có
góc nhỏ:
ZZ .
3600
'
[răng dao] (6.11b)
Trong đó:
Z- số răng dao
B- chiều rộng phay, mm
- góc xoắn của răng dao,độ
D- đường kính dao phay, mm
- góc tiếp xúc, độ
Trong cùng điều kiện cắt như nhau, số răng đồng thời tham gia cắt dao phay
trụ răng xoắn lớn hơn các loại dao phay khác.
e. Chiều dày lớp cắt a - Khoảng cách giữa hai vị trí liên tiếp của quỹ đạo
chuyển động của một điểm trên lưỡi cắt ứng với lượng chạy dao răng Sz, đo theo
phương vuông góc với lưỡi cắt, mm.
Chiều dày cắt khi phay luôn biến đổi từ khi lưỡi cắt của một răng bắt đầu
tham gia cắt đến khi ra khỏi vùng cắt. Ta khảo sát chiều dày cắt đối với dao phay
trụ và dao phay mặt đầu.
* Chiều dày cắt a đối với dao phay trụ. Từ hình 6-5b chúng ta thấy,
chiều dày cắt sẽ biến đổi từ amin đến amax nếu phay thuận và ngược lại. Kí
hiệu chiều dày cắt tại một 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), ta có:
aM = Sz . sini (6.12)
Công thức (6.12) cho ta quan hệ giữa chiều dày cắt a và góc tiếp xúc tức
thời i,. Nếu i = 0 thì aM = amin = 0; nếu i = thì chiều dày cắt sẽ lớn nhất
aM = amax = Sz . Sin .
Đối với dao phay trụ răng xoắn, chiều dày cắt của một răng dao đang
tham gia cắt chẳng những biến đổi từ khi răng đó bắt đầu cắt đến khi kết thúc
quá trình cắt (đối với một vòng quay của dao), mà tại thời điểm tức thời
đang xét, chiều dày cắt còn thay đổi dọc theo chiều dài phần răng đang tham
gia cắt.
* Chiều dày cắt đối với dao phay mặt đầu. Hình 6-5c thể hiện chiều dày
cắt tại một điểm M bất kỳ trên cung tiếp xúc ứng với góc tiếp xúc tức thời i của
một răng đang cắt. Nếu chọn trục 0K là gốc của góc tiếp xúc thì tại đó = 0 và
góc K01B = /2, góc K0D = - /2. Vậy chiều dày cắt tại điểm M bất kỳ:
aM = Sz . sin . cos 1 (6.13)
Vậy, chiều dày cắt nhỏ nhất khi 1 = /2 (tại điểm B và D), tại đó:
aM = amin = Sz . Sin . cos /2, và đạt giá trị lớn nhất khi = 0 (tại điểm
K). Tại đó aM = amax = SZ . Sin.
g. Chiều rộng lớp cắt b
* Đối với dao phay mặt đầu, chiều rộng lớp cắt khi phay bằng dao phay mặt
đầu tính giống như khi tiện, nghĩa là:
Nếu góc nâng lưỡi cắt chính 0, b =
cossin
B
[mm] (6.14a)
Nếu góc nâng lưỡi cắt chính =0, b =
sin
B
[mm] (6.14b)
* Đối với dao phay trụ răng thẳng:
b = B [mm]
* Đối với dao phay trụ răng xoắn. Đối với dao phay trụ răng xoắn một răng
dao phay không đồng thời vào cắt hoặc ra khỏi vùng cắt cùng một lúc trên suốt
chiều dài răng mà vào dần dần từng điểm một. Do vậy chiều rộng lớp cắt biến đổi
theo góc i của từng răng từ 0 rồi đạt đến trị số cố định bằng chiều dài răng tham
gia cắt, sau dó lại giảm dần đến 0 khi dao thoát ra khỏi vùng cắt.
Chiều rộng lớp cắt lớn nhất của một răng tại thời điểm tức thời:
cos
Bb [mm] (6.14c)
Trong các công thức (6.14):
B- chiều rộng phay, mm
- góc xoắn của răng dao, độ
- góc nghiêng lưỡi cắt chính, độ
- góc nâng của lưỡi cắt chính, độ
h. Diện tích mặt cắt ngang lớp cắt F
Tuỳ theo kết cấu dao phay, kích thước lớp cắt mà số răng dao đồng thời
tham gia cắt khác nhau được tính theo công thức (6.11) làm F khác nhau.
Diện tích mặt cắt ngang lớp cắt F của các răng đồng thời tham gia cắt là:
'
1
Z
i
ifF [mm2] (6.15a)
Trong đó fi là diện tích mặt cắt ngang lớp cắt của răng thứ i tham gia
cắt, và:
fi = ai . bi [mm
2] (6.15b)
* Đối với dao phay trụ răng thẳng.
Diện tích cắt do một răng cắt:
fi = B . Sz . sini [mm2] (6.15c)
Và diện tích mặt cắt ngang lớp cắt do z số răng đồng thời tham gia cắt:
F = B . Sz . sin
'
1
Z
i
i [mm2] (6.15d)
* Đối với dao phay mặt đầu
Diện tích cắt do một răng cắt fi được tính như sau, thay các công thức (6.13)
và (6.14b) vào (6.15b) có:
fi = B . Sz . cosi [mm2] (6.15e)
Tổng diện tích mặt cắt ngang lớp cắt do Z răng đồng thời tham gia cắt:
F = B . Sz. i
Z
i
'
1
cos [mm2] (6.15g)
* Đối với dao phay trụ răng xoắn. Do chiều dày cắt a của một răng dao đang
tham gia cắt biến đổi phụ thuộc vào góc cắt tức thời I (công thức (6.12)) và biến
đối 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 đến cuối răng trong phạm vi di đến
c
i ,
do vậy diện tích mặt cắt ngang lớp cắt của một răng đang tham gia cắt được tính:
if
d.sin
sin2
S.D
C
i
d
1
i
z [mm2] (6.15h)
Và tổng diện tích mặt cắt ngang lớp cắt do Z răng đồng thời tham gia cắt:
F = )cos(cos
sin2
.
'
1
d
i
Z
i
c
i
zSD
[mm2] (6.15k)
Trong các công thức (6.15)
B- chiều rộng phay, mm
Sz - lượng chạy dao răng, mm/răng;
D - đường kính dao phay, mm;
- góc xoắn của răng dao, độ
ci
d
i , - góc tiếp xúc tức thời, ứng với điểm đầu răng và cuối răng của răng
đang tham gia cắt thứ i của dao phay trụ răng xoắn.
Từ các công thức (6.15) chúng ta nhận thấy: trong quá trình phay, diện tích
mặt cắt ngang lớp cắt luôn luôn biến đối phụ thuộc vào góc tiếp xúc tức thời,
nhưng mức độ biến đổi khi cắt bằng dao phay trụ răng xoắn nhỏ và từ từ hơn so
với khi cắt bằng dao phay mặt đầu và dao phạy trụ răng thẳng. Do diện tích lớp
cắt biến đổi dẫn đến lực cắt biến đổi làm cho tuổi thọ của máy và dao giảm, cấp
độ nhám bề mặt gia công giảm, năng suất giảm. Để khắc phục tình trạng diện tích
cắt biến đổi khi phay, người ta nghiên cứu và thấy nếu thiết kế và chế tạo một loại
dao phay trụ răng xoắn thoả mãn điều kiện:
K. Ttr = B (6.16a)
Nghĩa là một loại dao mà điểm đầu răng dao này trùng với điểm cuối của
răng dao kia thì tổng diện tích mặt cắt ngang lớp cắt là một đại lượng không đổi
(F = const), vì khi đó nếu có một răng bắt đầu vào cắt thì có một răng ra khỏi
vùng cắt. Gọi trường hợp đó là phay cân bằng (hình 6.5d)
Thay công thức (6.5) vào công thức (6.16a) ta có:
.
cot.
K
B
Z
gD
(6.16b)
Trong đó: Ttr - bước chiều trục của dao, mm
- góc xoắn của răng dao, độ
Z - số răng dao phay
D- đường kính dao phay, mm
B - chiều rộng phay, mm
K- số nguyên, dương (K= 1, 2, 3, ..., n)
Vậy để có phay cân bằng, khi thiết kế dao phay trụ răng xoắn cần thay đổi
góc xoắn và số răng Z (còn đường kính dao là thông số đã được tiêu chuẩn
hoá) để thoả mãn (6.16a).
Tổng diện tích mặt cắt ngang lớp cắt do Z răng đồng thời tham gia cắt trong
điều kiện phay cân bằng sẽ là:
cos..
.. 0
D
tSZB
F Z [mm2] (6.17)
Khi phay cân bằng, F = const nên lực cắt ổn định do vậy tuổi thọ của dao
và máy được nâng cao, chất lượng bề mặt gia công tốt hơn và năng suất phay
tăng. Cũng cần phải nhắc lại rằng chỉ có dao phay trụ răng xoắn mới có thể thiết
kế hoặc chọn dao để thoả mãn điều kiện phay cân bằng. (6.12a)
Phay cân bằng chỉ sử dụng trong trường hợp sản xuất loạt lớn và hàng khối
vì như vậy mới có hiệu quả kinh tế.
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 dao khi phay được thể hiện trên hình 6-1.
Lực tác dụng lên chi tiết và máy cùng phương tương ứng nhưng chiều ngược lại.
Trị số và phương của các thành phần lực đó ở từng thời điểm khác nhau trong góc
tiếp xúc 1 là không như nhau. Cũng giống như khi nghiên cứu lực cắt khi tiện,
lực cắt tổng hợp R tác dụng lên răng dao phay được phân thành các thành phần
theo nhu cầu. Lực tổng hợp khi phay bằng dao phay trụ răng thẳng:
rz PPR
Hoặc dn PPR
Trong đó:
Pz- Thành phần lực tiếp tuyến (hay còn gọi là lực vòng). Lực này là lực cắt chính
để tạo phoi. Khi thiết kế hay kiểm tra động lực học của máy, người ta tính theo Pz.
Pr - Thành phần lực hướng kính. Lực này tác dụng vuông góc với đường
tâm trục chính của máy phay. Lực này có xu hướng làm võng trục gá dao đồng
thời qua đó nó tạo ra một áp lực trên các ổ của trục chính của máy, do đó gây ra
mô men ma sát phụ trên ổ trục chính. Khi tính sức bền trục gá dao cũng như tính
toán ổ trục chính phải dùng lực này.
Pđ - Thành phần lực thẳng đứng. Tuỳ theo phay thuận hay phay nghịch mà
nó có tác dụng đè chi tiết xuống hay nâng chi tiết lên khỏi bàn máy. Dựa vào lực
này để tính lực kẹp, đồ gá phay và áp lực lên bề mặt sống trượt bàn máy phay.
Pn- Thành phần lực nằm ngang (hay còn gọi là lực chạy dao). Lực này có
phương trùng với phương chạy dao. Tuỳ theo phay thuận hay phay nghịch mà nó
có tác dụng làm tăng hay khử độ rơ của bộ truyền vít me - đai ốc chạy dao dọc.
Lực này dùng để tính toán cơ cấu chạy dao cũng như đồ gá chi tiết gia công.
Khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn, ngoài các thành phần lực trên còn có
thành phần lực như hình (6-6a).
P0- Lực chiều trục, lực này tác dụng vào ổ trục chính hoặc bạc đỡ trục gá
dao, tuỳ thuộc phương rãnh xoắn của dao và cách gá dao.
Ps- Lực dọc theo lưỡi cắt của dao, lực này được tạo ra do ma sát của phoi
trên mặt trước của dao theo phương rãnh xoắn, do đó gây co rút phoi.
Hình 6-6. Các thành phần lực P0 và Ps tác dụng lên dao
phay trụ răng xoắn và cách gá dao.
PN- Thành phần lực tác dụng vuông góc với lưỡi cắt.
Vậy lực tổng hợp khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn:
0PQR
Hoặc SN PPR
Với: RZ PPQ
Các thành phần lực tác dụng lên dao phay mặt đầu khi phay cũng tương tự như
khi phay bằng dao phay trụ răng xoắn.
Quan hệ giữa các thành phần lực trên như bảng 6-1
Quan hệ giữa các thành phần lực khi phay
Bảng (6-1)
Dao phay mặt đầu
Dao phay trụ
Phay không đối xứng
Các
thành
phần
lực
Phay thuận
Phay
nghịch
Phay đối
xứng
Phay thuận
Phay
nghịch
Pr (0,6 0,8)Pz - - -
Pn
(0,8 0,9)Pz
(1,0
1,1)Pz
(0,3 0,4)Pz (0,15 0,30)Pz
(0,6
0,9)Pz
Pđ
(0,7 0,9)Pz
(0,2
0,3)Pz
(0,85
0,95)Pz
(0,9 0,1)Pz
(0,45
0,70)Pz
P0 0,28Pz . tg (0,5 0,55)Pz
Ps 0,72Pz . tg - - -
6.4.2. Tính lực cắt khi phay
Thông thường tính lực cắt khi phay, người ta tính thành phần lực PZ còn các
thành phần lực khác được tính theo quan hệ bảng 6-1.
Công thức thực nghiệm để tính lực cắt Pz khi phay cho mọi loại dao phay
(trừ dao phay định hình) có dạng:
Pz
Wqy
z
xU
z KnZDStBCP PzPzPzPzPzPz ....... 0
[N] (6.18)
Trong đó: CPz - hệ số điều chỉnh ảnh hưởng của tính chất cơ lý của nhóm vật
liệu gia công tới lực Pz.
KPz- hệ số điều chỉnh ảnh hưởng của các yếu tố còn lại không có mặt trong
công thức (vật liệu gia công, thông số hình học phần cắt của dụng cụ ...) tới lực
cắt Pz..
n - số vòng quay của dao, vòng/ph
Sz - lượng chạy dao răng, mm/răng
Z - số răng dao phay
Các hệ số điều chỉnh và số mũ trong công thức tra bảng 51 trang 112 [4]
hoặc trong các sổ tay về công nghệ chế tạo máy.
Từ công thức (6.18) chúng ta thấy ảnh hưởng của các yếu tố cắt đến lực cắt
như sau:
1. Lực cắt tăng gần như tỉ lệ thuận với chiều rộng phay B (uPz 1) và số răng
Z của dao vì khi phay B và Z tăng, diện tích lớp cắt của Zrăng đồng thời tham
gia cắt tăng theo quan hệ (6.15) và (6.17).
2. Khi tăng lượng chạy dao răng Sz lực vòng tăng do diện tích cắt tăng. Tuy
nhiên mức độ tăng của Pz chậm hơn Sz (xPz 0,65 0,8), vì khi Sz tăng đồng thời
atb tăng (atb = Sz . Sin /2) nên lực cắt đơn vị giảm.
3. Tăng chiều sâu phay t0 làm lực Pz tăng. Khi tăng t0, nếu các yếu
tố khác không thay đổi thì số răng đồng thời tham gia cắt Z tăng do góc
tiếp xúc tăng theo quan hệ (6.10) và (6.11) làm cho tổng diện tích lớp
cắt của các răng đồng thời tham gia cắt Z tăng nên lực P z tăng. Song
mức độ tăng lực Pz do ảnh hưởng của t0 của dao phay trụ răng xoắn ít
hơn dao phay mặt đầu (với dao phay trụ xPz = 0,63 0,86, còn đối với
dao phay mặt đầu xPz = 1,1 1,14).
4. Tăng đường kính dao phay (nếu các yếu tố khác không đổi) thì lực cắt
giảm vì đường kính dao tăng làm số răng đồng thời tham gia cắt giảm nên diện
tích mặt cắt ngang lớp cắt F giảm do vậy lực cắt giảm.
5. ảnh hưởng của số vòng quay n của dao. ảnh hưởng của số vòng quay
n đến lực cắt không đáng kể (WPz 0 0,2). Khi dùng dao phay trụ răng xoắn, cần
phải chú ý đến chiều của lực P0. Thường người ta gá dao để chiều của lực P0
hướng vào ổ trục chính của máy, khi đó ổ trượt đỡ trục gá dao không bị phá huỷ
bởi lực P0. Nếu dao có góc xoắn lớn và Pz lớn, để tránh áp lực lớn trên ổ do lực
P0 gây nên, người ta lắp hai dao có hướng xoắn của răng trái chiều nhau để khử
lực P0 tác dụng vào ổ trục chính của máy (hình 6-6b).
Mô men cắt trên trục chính được tính theo công thức:
310.2
.DP
Mx z [N.m] (6.19)
Công suất cắt có thể tính theo các công thức:
310.60
.VP
N zc [kW] (6.20a)
hoặc theo công thức thực nghiệm:
N
qxy
ZNc kDntSZBCN NNv ....... 0 [kW] (6.20b)
Trong đó:
Pz- lực vòng, N
V- tốc độ cắt khi phay, m/ph
n- số vòng quay của dao, vòng/ph
Sz - lượng chạy dao răng, mm/răng
B- chiều rộng phay, mm
t0- chiều sâu phay, mm
Z- số răng dao phay,
D- đường kính dao phay, mm
Các hệ số và số mũ tra bảng X.46 trang 380[5] và trong các sổ tay công
nghệ chế tạo máy khác
6.5. Tốc độ cắt khi phay
6.5.1. Mài mòn và tuổi bền của dao
Mức độ và đặc tính mòn của răng dao phụ thuộc vào điều kiện phay,
các yếu tố cắt, vật liệu gia công và vật liệu làm dao, thông số hình học phần
cắt của dao, độ cứng vững của hệ thống công nghệ, dung dịch trơn nguội.
Răng dao phay có thể mòn chủ yếu theo mặt sau, hoặc mòn chủ yếu theo
mặt trước hoặc mòn đồng thời cả mặt trước và mặt sau, hoặc các mảnh
HKC bị sứt. Dao phay trụ, dao phay đĩa, dao phay cắt rãnh, dao phay định
hình khi cắt với chiều dày cắt mỏng và gia công gang, mòn chủ yếu ở mặt
trước và mặt sau (hình 6-7b)
Hình 6-7. Sơ đồ mài mòn răng dao phay
Dao phay mặt đầu thường mòn đồng thời cả mặt trước và mặt sau khi cắt. Sở
dĩ như vậy là do thường chiều dày cắt khi phay bằng dao mặt đầu lớn, chiều dài
cung tiếp xúc lớn nên thời gian trượt trên mặt trước lâu hơn (hình 6-7c). Nếu
dùng dao phay mặt đầu HKC cắt ở tốc độ cao, các mảnh HKC hay bị sứt vì các
vết nứt tế vi sinh ra khi mài hoặc khi hàn sẽ phát triển nhanh khi bị va đập hoặc
rung động khi phay.
Dù mài mòn theo mặt nào đi nữa, tiêu chuẩn đánh giá độ mòn của mọi loại
dao phay vẫn theo mặt sau, và ký hiệu là [hs]. Giá trị độ mài mòn trung bình [hs]
có thể tham khảo theo bảng 6-2.
Giá trị độ mòn cho phép [hs] của dao phay
Bảng 6-2
Loại dao
Dao trụ rời
Dao trụ đuôi
liền, dao phay ngón
Dao phay mặt đầu
Thép gió HKC Thép gió HKC Thép gió HKC
Vật
liệu gia
công
Giá trị độ mòn cho phép, mm
Thép 0,150,6 0,40,7 0,10,5 0,10,5 0,81,5 0,6 3,0
Gang 0,20,8 0,50,8 0,30,5 0,30,5 1,62,0 1,5 2,0
Trong bảng 6.2. Giá trị nhỏ tương ứng với gia công tinh; giá trị lớn ứng với
gia công thô.
Tuổi bền T của dao phay dao động trong phạm vi rất rộng và phụ thuộc vào tốc
độ cắt, kiểu và đường kính dao phay, vật liệu dao, dạng gia công... Chẳng hạn tuổi
bền của dao phay trụ thép gió gia công thép là T = 120 180ph; tuổi bền của dao
phay mặt đầu HKC gia công thép là T = 180 420ph.
Khi tính toán thực tế có thể sử dụng số liệu ở bảng X.45 trang 380[5] hoặc ở
các bảng trong các sổ tay công nghệ khác.
Giữa tốc độ cắt và tuổi bền của dao quan hệ với nhau theo công thức:
mT
AV [m/ph] (6.21)
Với dao thép gió, m = 0,15 0,33; với dao HKC, m = 0,2 0,6
6.5.2. Tốc độ cắt khi phay
Giống như tiện, tốc độ cắt phụ thuộc vào vật liệu gia công và vật liệu dao,
các yếu tố kết cấu và thông số hình học phần cắt của dao phay, các yếu tố cắt,
điều kiện gia công...
Công thức thực nghiệm tính tốc độ cắt như sau:
Vpuy
Z
Xm
q
V K
ZBStT
DCV
VVVV
v
.
...
.
0
[m/ph] (6.22)
Trong đó:
Cv- hệ số hiệu chỉnh, phụ thuộc vào nhóm vật liệu gia công
Kv = Kvl . Kvd . Kbm . Khh . Kdd . Khs...
Kvl- hệ số tính đến ảnh hưởng của tính chất cơ lý của vật liệu gia công.
Hệ số Kvl được tính như sau:
- Khi phay thép:
b
vlK
750
- Khi phay gang:
25,1180
HB
K vl
Trong đó:
b - giới hạn bền của vật liệu gia công, N/mm2
HB- độ cứng của gang gia công, N/mm2
Kvd- hệ số tính đến ảnh hưởng của vật liệu làm dao
Kbm- hệ số tính đến ảnh hưởng của trạng thái lớp bề mặt của phôi gia công
(rèn, đúc, cán...);
Khh- hệ số kể đến dạng hình học của dao;
Khs- hệ số tính đến độ mòn của dao;
Kdd - hệ số tính đến ảnh hưởng của dung dịch trơn nguội;
D- đường kính dao phay, mm;
T- tuổi bền dao, ph;
t0- chiều sâu phay, mm;
Sz- lượng chạy dao răng, mm/răng;
B- chiều rộng phay, mm;
Z- số răng dao
Các hệ số và số mũ tra trong bảng X.44 trang 375 [5] hoặc sổ tay công nghệ
chế tạo máy tương ứng.
Từ công thức trên chúng ta có nhận xét ảnh hưởng của một số các yếu tố
đến tốc độ cắt như sau (khi xét ảnh hưởng của một yếu tố, coi các yếu tố còn lại
là không đổi).
1. ảnh hưởng của tuổi bền T đến tốc độ cắt V khi phay giống như tiện, nghĩa
là tuổi bền càng cao tốc độ cắt càng giảm và ngược lại. Mức độ ảnh hưởng theo
công thức (6.21)
2. Đường kính dao D càng lớn tốc độ cắt càng cao vì khi đó bước vòng của
dao Tv tăng, số răng đồng thời tham gia cắt Z
giảm và thời gian mỗi răng dao
không tham gia cắt trong một vòng quay của dao tăng lên, nên nhiệt sinh ra trong
một đơn vị thời gian giảm. Mặt khác khối lượng kim loại thân dao lớn do đó
truyền nhiệt tốt, đồng thời độ cứng vững dao và trục gá dao tăng nên có thể tăng
tốc độ cắt. Ngoài ra khi tăng đường kính D, chiều dày cắt trung bình giảm theo
quan hệ a = Sz. D
t
nên lực cắt trên một đơn vị chiều dài của lưỡi cắt giảm, điều
này cũng cho phép tăng tốc độ cắt.
3. Nếu tăng số răng dao Z (khi D cố định) sẽ làm tăng số răng đồng thời
tham gia cắt Z. Điều đó làm tăng nhiệt cắt và lực cắt. Mặt khác tăng Z làm lượng
kim loại thân dao giảm dẫn đến truyền nhiệt kém. Để giữ nguyên tuổi bền đã
chọn, phải giảm tốc độ cắt.
4. Tăng các thông số chiều rộng phay B, chiều sâu phay t0 và lượng chạy dao
răng Sz sẽ làm tăng thể tích lớp cắt, đồng thời khi tăng t0, góc tiếp xúc và số
răng đồng thời tham gia cắt Z tăng nên thời gian tham gia 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 tốc độ cắt V.
5. Nếu dùng dung dịch trơn nguội, tốc độ cắt khi phay có thể tăng
đáng kể, ví dụ khi phay thép bằng dao phay thép gió, nếu tưới dung dịch
ê-mun - xi thì có thể tăng tốc độ cắt lên 20 30%. Vật liệu làm dao cũng
ảnh hưởng lớn đến tốc độ cắt, chẳng hạn khi phay thép có giới hạn bền
b= 750N/mm2 bằng dao BK8 lấy hệ số hiệu chỉnh Kvd=1 thì khi phay bằng
dao phay T15K6 hệ số Kvd = 1,26.
ảnh hưởng các yếu tố còn lại có qui luật giống như tiện.
6.6. Chọn yếu tố cắt hợp lý khi phay
Điều kiện ban đầu, thứ tự và nội dung chọn yếu tố cắt hợp lý khi phay
tương tự như đối với quá trình cắt khi tiện. Song cũng có một số chú ý trong
bước chọn.
a. Chọn dao phay. Chọn dao phay dựa vào vật liệu gia công, yêu cầu kỹ
thuật và dạng bề mặt cần phay.
* Chọn loại dao. Chọn loại dao dựa vào kiểu máy, kích thước và dạng bề
mặt cần phay.
* Chọn các thông số kết cấu dao (kích thước đường kính D, số răng Z...) dựa
vào kích thước cụ thể của bề mặt cần phay cũng như kích thước khống chế của
máy chọn để gia công.
* Chọn vật liệu phần cắt của dao dựa vào tính chất cơ lý của vật liệu phôi
gia công.
* Chọn tuổi bền của dao. Dao càng phức tạp, vật liệu phần cắt càng tốt
chọn tuổi bền T càng lớn.
b. Chọn chiều sâu cắt t. Cố gắng chọn chiều sâu cắt t sao cho số lần chạy
dao là ít nhất để tăng năng suất phay. Trong điều kiện độ cứng vững của hệ thống
công nghệ và công suất máy cho phép, nếu lượng dư nguyên công h5mm thì
phay một lần hết lượng dư; nếu lượng dư h>5mm có thể phay nhiều hơn một lần
và chiều sâu cắt lần cuối t = 1,0 1,5mm.
c. Chọn lượng chạy dao
* Chọn lượng chạy dao răng Sz dựa vào độ nhám và độ chính xác bề mặt gia
công, tính chất cơ lý vật liệu gia công (vật liệu càng bền, càng cứng, dẫn nhiệt
càng kém chọn Sz càng nhỏ), độ bền phần cắt và tuổi bền của dao, độ bền của trục
gá dao và của cơ cấu chạy dao, độ cứng vững của hệ thống công nghệ, công suất
máy và đặc biệt là độ bền của răng dao. Lượng chạy dao răng càng lớn thì thời
gian máy T0 càng giảm.
* Chọn lượng chạy dao vòng S dựa chủ yếu vào độ nhám bề mặt gia
công. Ví dụ khi phay bán tinh thép (độ nhám cấp 5cấp 6), có thể chọn lượng
chạy dao vòng S = 0,2 0,9mm/vòng; khi phay tinh thép (độ nhám cấp
7cấp 8) chọn S= 0,15 0,30mm/vòng.
d. Tính tốc độ cắt và số vòng quay của dao phay
* Tính tốc độ cắt V khi phay theo công thức (6.22)
* Dựa vào tốc độ cắt đã tính tính số vòng quay n của dao theo công thức:
D
V
n
.
1000
[vòng/phút]
Trong đó D- đường kính của dao phay, mm
Hiệu chỉnh số vòng quay đã tính theo máy (nm)
* Tính lại tốc cắt thực (Vt) theo nm theo công thức (6.8)
* Tính lượng chạy dao phút (Sph) theo nm theo công thức (6.7) và hiệu
chỉnh theo máy (Sph.m)
* Tính lại lượng ch...ảnh cắt gá trên phần đầu
dao (hình 9. c và 9. d). Trong nhiều trường hợp người ta dùng ổ tích luỹ dao độc
lập với máy và nối ghép dòng dao cụ vào máy nhờ một robot trung gian. Bản thân
các ổ tích luỹ dao đều có thể được thay đổi tự động. Tốc độ đổi dao hoặc đổi cả ổ
tích luỹ dao là một đặc tính kỹ thuật quan trọng của NC - M.
c. Quá trình cấp chi tiết
Hãy phân biệt hai nhóm máy như sau:
- Nhóm máy có chi tiết quay: Việc tháo ra chi tiết vừa gia công và gá vào
một phôi gia công mới được thực hiện bởi một rô bốt gắn liền với máy. Kết cấu
hợp thành toàn máy do đó phụ thuộc vào các chuyển động mà ta yêu cầu robot
thực hiện, hay phụ thuộc vào "trường công tác" của robot. Các chi tiết đã gia công
xong cũng như các chi tiết thô được đặt trên những giá đỡ di động được ở những
dạng một băng tải hoặc đặt trên máng dẫn đảm bảo sự dịch chuyển của chúng
theo nguyên tắc trọng lực (xem hình 9.10).
- Nhóm máy có dao quay:
Các chi tiết được gắ lắp cố định trên các bàn gá chuẩn (Palette). Các palette
lại được đặt trên băng tải và dịch động. Việc chuyển giao giữa băng tải và bàn máy
cũng được thực hiện bởi các robot. Trên hình 9.11 trình bày một hệ thống chuyển
giao palette.
d. Quá trình bôi trơn
làm nguội và làm sạch
Việc bôi trơn và làm nguội
được thực hiện thông qua
chương trình điều khiển máy.
Nói cách khác các điều khiển
phụ trợ của mỗi bước gia
công trong quy trình công
nghệ cũng được quan tâm khi
lập trình như các thông số kỹ
thuật cắt gọt hoặc các dữ liệu
công nghệ khác.
Việc làm sạch thường
được thực hiện tự động tại
các thời điểm thích hợp như
các giai đoạn đổi dao, đổi gá
lắp hoặc đổi bàn kẹp chuẩn.
a: hệ thống băng tải chi tiết
b: hệ thống tải con lăn M: máy
A: chi tiết cấp vào P: chi tiết
B: tay máy đổi chi tiết R: robot
E: chi tiết mang đi
Hình 9-10. Hệ thống cấp chi tiết
a: chuyển giao bằng bàn quay c: chuyển giao cho trung tâm gia công
b: dùng băng tải hoặc xe dẫn hướng B: trục chính; C: băng tải; T: đổi Pallete
Hình 9-11. Hệ thống chuyển giao Pallete
NC - M thường được trang bị hệ thống khai thác phoi cắt hoặc các phế
liệu, phế thải một cách tự động không cần đến lao động của con người.
9.2.2. Cấu trúc tổng thể của NC - M.
Cấu trúc của các máy điều khiển NC được thực hiện trong một khoảng
rộng các phương án hết sức khác biệt. Chúng bao gồm cả những phương án
truyền thống của máy công cụ thông thường vốn đã rất đa dạng.
Dưới đây chỉ xin trình bày bố cục của hai nhóm máy phổ biến nhất, như là
những ví dụ điển hình về phương án cấu trúc tổng thể của NC - M.
a. Cấu trúc máy tiện NC
1. Máy tiện NC có trục chính nằm ngang (h9.12a): Loại này thường có
băng nghiêng hoặc thẳng đứng, trên đó có lắp một đến hai xe dao mang đầu dao
quay (dạng Revonve) gá nhiều dụng cụ cắt khác nhau.
Các xe dao có thể mang theo ổ dao và thông qua một tay máy chuyên
dùng để chuyển đổi dụng cụ cắt giữa ổ dao và trục mang dao.
Trên những máy tiện NC hai xe dao, có thể tiến hành cắt gọt đồng thời,
được gọi là máy tiện NC điều khiển 4 trục tự động.
Cơ cấu khai thác phoi cắt được lắp đặt trong gầm máy và được bao che
toàn bộ.
Thiết bị điều khiển NC gắn liền với cấu trúc máy.
2. Máy tiện NC có trục chính thẳng đứng.
Trên hình 9.12b và c. trình bày các mẫu bố cục loại máy này.
Chúng có thể có một hoặc hai trục chính, các xe dao mang nhiều dụng cụ
cắt được truyền các chuyển động chạy dao vuông góc với nhau.
Trên một số máy tiện, để mở rộng khả năng công nghệ có thể gá lắp các
đầu phay chuyên dùng với vai trò là cụm máy kèm theo cấu trúc tổng thể của
máy.
A: Băng máy; B: Đầu dao quay; C: Chi tiết;
D: Đầu dao quay có hai chuyển động cắt nhau vuông góc; E: Bàn gá chi tiết
Hình 9.12. Cấu trúc máy tiện NC
b. Cấu trúc của máy phay NC
Trên hình 9.13 tổng kết các phương án cấu trúc khác nhau của họ máy
phay NC. Số lượng các chuyển động của bàn máy chính và phụ đã quy định tính
năng điều khiển máy với 4, 5, 6 trục hoặc nhiều hơn nữa.
Hình 9-13. Cấu trúc của họ máy phay NC
Để dễ phân tích bố cục của phương án cấu trúc máy trình bày trên hình 9.
bạn đọc có thể lập bảng như sau:
Trục chính A
nằm ngang
hoặc thẳng
đứng
Trục chính
Nằm ngang
Trục chính
Nằm ngang
dọc
Thẳng đứng
Trục chính
ngang
Chạy dao dọc
Bàn mang chi tiết b
"
Xe dao mang gá đỡ
F
Bàn gá chi tiết
Xe dao trục chính
Xe dao trung gian
Bàn gá chi tiết
Chạy dao ngang
Xe dao
"
Gi áđỡ đầu trục
chính E
Gi áđỡ đầu trục
chính
Bàn gá chi tiết
Xe dao trục
chính
Xe dao trung
gian
Chạy dao đứng
Xe dao trục chính D
Đầu trục chính
"
Xe dao trung gian
Xe dao trung gian G
Xe giao trung gian H
Bàn gá chi tiết
Xe dao trục chính
Hình vẽ
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
Đối với những máy phay có ít trục điều khiển hơn, đầu trục chính thường
được trang bị mâm dao Revonve mang nhiều dao hoặc một đầu trục có hộp
truyền động cho nhiều trục quay, ghép nối tự động vào trục quay chính của máy
trong quá trình làm việc
Nghiên cứu tổng thể của NC - M, có thể thấy trong bố cục của chúng
người ta quan tâm tới không những năng tính kỹ thuật của máy mà còn rất coi
trọng các yếu tố tổ chức lưu thông cho dòng vận động của chi tiết, của dao và các
yếu tố phụ trợ trong đó trường công tác của robot công nghiệp là khía cạnh
không thể bỏ qua.
9.2.3. Đường hướng của NC - M
Đường hướng của NC - M bảo đảm hai chức năng quan trọng là:
- Độ chính xác dẫn động các xe dao và bàn máy
- Khả năng chịu lực trong suốt quá trình cắt gọt.
a. Yêu cầu chất lượng đối với đường hướng của NC - M
Xuất phát từ các chức năng kỹ thuật do đường hướng của NC - M đảm
bảo, những yêu cầu kỹ thuật đặt ra khi thiết kế, chế tạo đường hướng phải đáp
ứng là:
- Có độ cứng vững tốt đối với các lực làm việc
- Có độ hút rung động tốt trong mặt phẳng vuông góc với phương
chuyển động.
- Lực đối ngược với chuyển động của bộ phận dẫn hướng (xe dao, bàn
máy...) cần phải nhỏ và nhất là ít thay đổi theo tốc độ dịch chuyển.
- Cần có độ giảm chấn trên phương chuyển động.
Trong nhiều trường hợp, các xe dao của máy NC dịch chuyển với tốc độ
thấp (khoảng một vài m/ph). Cả những chuyển dịch chậm như thế cũng phải được
điều khiển và dịch chỉnh chính xác. Chất lượng của các dịch động có tốc độ thấp
phụ thuộc trước hết vào quan hệ hàm số giữa lực ma sát và tốc độ . Trong những
trường hợp nhất định,
có một dao động
thực, tự duy trì, trùm
lên vùng tốc độ dịch
chuyển. Dao động
này có thể có giá trị
biên độ triệt tiêu được
giá trị tốc độ thấp
bằng cách hoà nhập
dịch chuyển chậm
vào bản thân quá
trình dao động.
Trên hình 9.14
trình bày đặc tính
quan hệ giữa lực ma
I: Đường hướng có cặp vật liệu gang/gang được bôi trơn
II: Đường hướng là vật liệu Composit dán trên thép tôi.
(Polytetrafluorethylene = PTFE)
Hình 9-14. Sự tăng trưởng của hệ số ma sát trong
quan hệ với tốc độ dịch chuyển
sát và tốc độ, nó cho phép xác định được các tốc độ chậm hợp lý, tại đó lực ma
sát của cặp bề mặt có dịch chuyển tương đối, tốc độ thấp, là nhỏ nhất. Mặt khác
người ta cũng quan tâm đến các tiêu chuẩn lựa chọn dạng đường hướng, chế độ
ma sát, chế độ vật liệu và bôi trơn nhằm tránh được các hiện tượng mất hút dịch
động chậm nói trên.
b. Các dạng đường hướng của NC - M
1. Đường hướng ma sát khô hay ma sát nửa ướt.
Đây là những đường hướng đầu tiên áp dụng trong ngành cơ khí. Bề mặt
chịu lực ma sát chính là bề mặt tiếp xúc, hoặc là trực tiếp hoặc qua lớp màng dầu
tưới vào định kỳ. Những đường hướng dạng này có chất lượng cao về độ cứng và
độ hút rung động . Tuy nhiên chỉ có những đường hướng được bôi trơn là đạt
được tuổi thọ khả dĩ chấp nhận.
Cho đến nay, những vật liệu mới nhất dùng để chế tạo đường hướng cũng
không thể làm việc ở trạng thái ma sát khô mà không gây cho máy những độ mòn
đáng kể.
Một số vật liệu composite ( ví dụ Polytetra fluorethylene - viết tắt là PTFF)
cho phép giảm được hệ số ma sát dừng ( hình 9. ). Những đường hướng chế tạo
bằng vật liệu này thường có một độ hở chức năng khi lắp ráp kết cấu. Chúng loại
trừ được hiện tượng cản, do trong kết cấu có sử dụng các tấm trượt mang bi hoặc
con lăn. ở trường hợp này, khe hở hình thành trong lúc dịch chuyển sẽ tạo ra một
màng dầu động học, nhờ đó hệ thống thực hiện bôi trơn bởi dòng dầu có áp lực,
ngay cả trong quá trình khởi động hay phanh hãm. Người ta thường dùng các loại
dầu bôi trơn có phụ gia dính kết nhằm giảm hệ số ma sát.
2. Đường hướng có phần tử lăn.
Những phần tử lăn có thể là những viên bi, các con lăn hoặc kim lăn ( tỷ lệ
1/d rất lớn). Có thể chia ra hai nhóm đường hướng sử dụng các phần tử lăn:
- Nhóm đường hướng không có hành trình lặp: đoạn dịch chuyển hạn chế.
- Nhóm đường hướng có hành trình lặp: đoạn dịch chuyển không hạn chế.
Các đường hướng chế tạo ở dạng có sử dụng các phần tử lăn được ứng dụng
chủ yếu trên các máy NC hạng nhẹ, nhưng cũng có thể gặp ở một số cụm kết cấu
trên máy NC hạng nặng. Đặc tính cơ bản của chúng là lực dịch chuyển cần thiết
khá nhỏ, hệ số ma sát thấp (khoảng một vài phần nghìn). Độ cứng vững của hệ
thống đường hướng tăng lên theo thông số đường kính con lăn và số lượng của
chúng. Khi sử dụng đường hướng dạng này cần đảm bảo một hệ số quá tải đủ lớn
để có được độ cứng vững ổn định. Đường dẫn hướng dọc theo phương dịch
chuyển phải được thường xuyên bảo dưỡng và kiểm tra, đặc biệt là việc căn chỉnh
khe hở có thể dẫn đến các phản lực ở mặt bên, hạn chế khả năng hoạt động và
dẫn đến hiện tượng mòn không bình thường.
Mặt khác lưu ý rằng: khả năng hút dao động theo phương vuông góc với
phương chuyển động của các đường hướng dùng phần tử lăn là rất kém. Chế độ
bảo dưỡng càng cần phải thực hiện đúng yêu cầu kỹ thuật nhằm đảm bảo hiệu
quả hoạt động của cụm đường hướng.
3. Đường hướng thuỷ khí
* Hệ thống thuỷ tĩnh
Trên hình 9.15 là những sơ đồ nguyên tắc của cụm đường hướng thuỷ tĩnh
với các đặc tính sau đây:
- Triệt thoái tiếp xúc giữa các chi tiết dẫn hướng và được dẫn hướng do đó
không bị mòn.
- Hệ số ma sát tăng cùng với tốc độ dịch chuyển (f = 0 khi v = 0). Điều này
không phải luôn là ưu điểm của hệ thống.
- Có độ cững vững cao và khả năng giảm chấn tốt.
Điều quan trọng là các đặc tính này có thể được tính toán một cách chính
xác. Cần chú ý là hệ thống có thể bị nóng lên, nhưng cả điều này nữa cũng có thể
tính được và cần tính trước ở những giá trị cố định.
Ta có thể thiết kế thêm những đường hướng phụ trợ nhằm bảo đảm giữ
khe hở ổn định giữa các phần tử, hoặc giữ độ thẳng của phần tử dẫn động.
Hệ thống thủy tĩnh cần có một cụm thiết bị sinh dầu áp lực và cụm
đường ống dẫn dầu về bể sau khi thoát ra khỏi đường hướng.
Đường hướng thuỷ tĩnh được dùng ở các máy NC hạng nặng và các
máy NC chính xác cao.
a: Hệ thống cấp dầu áp lực không đổi, tiết lưu cố định D
b: Hệ thống cấp dầu lưu lượng không đổi
c: Hệ thống cấp dầu phụ thuộc kết quả đo chiều dày màng dầu C
d: Hệ thống cấp dầu phụ thuộc đo áp lực
A: Bơm; B: Van chỉnh áp; P: áp lực; Q: Lưu lượng
Hình 9-15. Đường hướng thuỷ tĩnh
* Hệ thống khí tĩnh
Hệ thống khí tĩnh được thiết lập trên cùng một nguyên tắc với hệ thống
thuỷ tĩnh. Chúng sử dụng dòng khí áp lực cao, tuy nhiên mức độ tải trọng đặt lên
đường hướng khí tĩnh thường nhỏ hơn.
Trong cùng một kích thước hệ thống, đường hướng khí tĩnh thường có độ
cứng vững thấp hơn đường hướng thuỷ tĩnh. Ưu điểm riêng của hệ thống khí tĩnh
là không cần cụm đường ống dẫn ngược. Trong thực tế, lĩnh vực sử dụng của
đường hướng khí tĩnh là các máy NC có độ chính xác cao hoặc máy NC có độ
dao động và mức tải trọng thấp.
9.2.4. Các xích động học của NC - M
Toàn bộ các con đường truyền động đến từng cơ cấu chấp hành của NC -
M đều dùng những nguồn động lực riêng biẹt (truyền dẫn độc lập triệt để). Bởi
vậy các các xích động học của NC - M chỉ gồm hai loại cơ bản là:
- Xích động công suất cắt gọt.
- Xích động học của chuyển động chạy dao.
Việc tính toán, thiết kế và chế tạo được thực hiện theo nguyên tắc modul hoá.
Nhìn tổng quát, xích công suất cắt gọt thường bắt đầu từ một động cơ có
tốc độ thay đổi vô cấp, dẫn động trục chính thông qua một hộp tốc độ chỉ có 2
đến 3 cấp, nhằm khuyếch đại các mômen cắt đạt trị số cần thiết trên cơ sở tốc độ
ban đầu.
Xích động học chạy dao gồm các phần tử, các cụm kết cấu đảm bảo các
chuyển động của các xe dao trên máy. Về mặt chức năng xích chạy dao phải thoả
mãn những yêu cầu đặt ra là:
- Truyền động cho các bộ phận dịch chuyển với tốc độ đều, chạy
êm và ổn định.
- Thực hiện được các thay đổi vận tốc theo chương trình, xác định cả về trị
số và chiều, không có sự tháo lỏng chi tiết hoặc sai lệch vị trí tương đối giữa dao
và chi tiết gia công.
- Cung cấp lực cần thiết để thắng những thành phần lực cắt theo chiều
chuyển động.
- Trong trường hợp cần thiết, một bộ phận nào đó của xích chạy dao cần
phải đảm nhiệm chức năng đo lường các dịch chuyển của xe dao.
- Để thoả mãn hai yêu cầu đầu tiên, xích chạy dao cần có tần số dao động
riêng lớn nhất theo điều kiện có thể, tính ngay từ đầu nguồn động lực của xích.
Với giả định rằng khối lượng bàn máy và chi tiết gia công là một dữ kiện,
ta cố gắng dùng những cơ cấu có quán tính (quay và tịnh tiến) nhỏ nhất có thể,
đồng thời lái có độ cứng vững cao nhất.
Có thể thấy ngay rằng mọi lý thuyết tính toán thiết kế động học các
xích truyền động trong máy công cụ vạn năng thông thường đối với máy
NC không còn ý nghĩa nữa. Do các nguyên tắc như truyền dẫn vô cấp,
truyền dẫn độc lập và nhất là nguyên tắc modul hoá kết cấu, người ta quan
tâm nhiều đến các cụm kết cấu cụ thể, đầu tư nghiên cứu theo chiều sâu và
ứng dụng nhanh nhất các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong khi chế tạo các
môdul. Dưới đây xin mô tả đôi điều về hai cụm kết cấu quan trọng nhất của
mođul các xích động.
a. Cụm cơ khí
1. Kết cấu vit/ đai
ốc bi
Kết cấu này
được ứng dụng phổ biến
trong xích động chạy
dao, trong đó hầu hết là
bộ truyền vitme đai ốc bi
có ứng lực. Sơ đồ nguyên
tắc trình bày trên hình
9.16a. ứng lực tạo ra để
khử các khe ở ngược
chiều và tuyến tính hoá
đường đặc tính tải trọng/
dịch động trong vùng tải
trọng yếu.
Các vít me
trong bộ truyền này bị
hạn chế về chiều dài. ở độ
dài 3 hay 4 m nó khó thực
hiện được các tốc độ dịch
động cao.
Truyềnđộng
quay cho vit me được
thực hiện theo một số
phương án sau đây:
b: chạy dao bằng thanh răng/bánh răng
C: thanh răng liền thân máy; V: vitme bi;
E: đai ốc; R: hộp giảm tốc; P1: ổ có hoặc
không có cữ chặn; M: động cơ; T: bàn máy; P2: ổ
có cữ chặn; P3: bánh răng
Hình 9-16. Xích động học chạy dao
- Thông qua một hộp tốc độ gồm các bộ truyền bánh răng, trong đó phải
dùng kết cấu khử độ hở ăn khớp và dẫn động bằng động cơ tốc độ cao (động cơ
điện quán tính yếu hoặc động cơ thuỷ lực kiểu quay)
- Dựa vào những khoảng cách giữa hai gối tựa, sử dụng một bộ truyền đai
(có tỷ số giảm tốc lớn) được dẫn động bởi các động cơ có tốc độ chậm.
- Dùng các khớp nối trực tiếp với trục của động cơ dẫn động (động cơ có
tốc độ chậm)
Đối với các hành trình lớn, người ta thay vít me có chiều dài lớn bằng một
vít me ngắn và thay đai ốc bởi một bánh răng xoắn (helicodal).
2. Kết cấu thanh răng/ bánh răng
Kết cấu này được áp dụng trước hết cho các máy NC cỡ lớn, có hành trình
chạy dao dài. ở đây không có sự hạn chế về tốc độ như trường hợp vit me/ đai ốc
bi, nhưng các biện pháp khử khe hở ăn khớp bánh răng nhất thiết phải được thực
hiện. Thông thường người ta thiết kế hai xích đồng nhất cùng làm việc nhưng
theo những hướng đối ngược nhau trên thanh răng (H 9. b). Các tốc độ dịch
chuyển chậm của bàn máy cũng yêu cầu các bánh răng quay với tốc độ rất thấp,
ta buộc phải dùng các hộp giảm tốc độ để tạo ra vùng số vòng quay nhỏ này.
b. Cụm phát động lực
Trong mục này chỉ xin đưa ra một cách khái quát các loại động cơ được
dùng trong các máy NC để dễ hình dung hơn các mođul kết cấu.
1. Các động cơ điện
* Động cơ điện một chiều
Có hai dạng cơ bản được sử dụng là:
- Động cơ dẹt: Có tốc độ tương đối cao với quán tính nhỏ và hiệu ứng
nhiệt động nhỏ. Động cơ thường truyền động qua một hộp giảm tốc trước khi vào
vít me. Hầu hết các động cơ kiều này đều có bộ phận cảm ứng là các nam châm
vĩnh cửu.
- Động cơ dài: Có tốc độ tương đối thấp, có thể có quán tính nhỏ tuỳ theo
mức tăng của tỷ lệ chiều dài/ đường kính nhưng chúng chịu hiệu ứng nhiệt động
lớn. Động cơ này có thể được nối trực tiếp bằng khớp nối trục với vit me. Chúng
cũng có các bộ phận cảm ứng là nam châm vĩnh cửu nhưng thường có mật độ
đường sức lớn (ở điểm khởi động có thể đạt tới 7 đến 10 lần các mật độ thường),
do đó tạo ra các momen quay ổn định.
* Động cơ điện dòng xoay chiều
Ta thường gặp các động cơ không đồng bộ đi kèm một hệ thống biến đổi
tần số để điều khiển thay đổi tốc độ động cơ. Hệ thống này ngày càng được hoàn
thiện không kém gì đặc tính của các động cơ điện dòng một chiều.
*Động cơ bước
Có hai dạng cơ bản được sử dụng là:
- Động cơ bước chạy điện thuần túy: Chúng hoạt động với một hệ thống các
cực là nam châm vĩnh cửu trong các khoảng tần số tương đối bé ( < 100 Hz).
Công suất của các động cơ này chỉ đủ dùng cho dịch động bàn máy của các máy
nhỏ với khoảng tốc độ vài m/ph.
- Động cơ bước có khuyếch đại mô men bằng thuỷ lực. Trong trường hợp
này động cơ bước vừa nêu trên đóng vai trò dẫn động điều khiển một động cơ
thuỷ lực công suất lớn. Bản thân động cơ bước chạy điện thuần tuý có công suất
thấp và thiết kế hoạt động trong vùng tần số 16 - 18 KHz. Các hệ thống động cơ
bước có khuyếch đại mômen bằng thuỷ lực thường được dùng trong các máy NC
hạng nặng nhưng vì lý do giá thành cao và những vấn đề có liên quan quan đến sử
dụng hệ thống thuỷ lực nên ngày một hiếm thấy hơn các trường hợp áp dụng.
2. Các động cơ thuỷ lực
Động cơ thuỷ lực được ưa dùng trong giai đoạn phát triển ban đầu của máy
NC, ngày nay chúng không còn được sử dụng nhiều nữa. Ưu điểm nổi bật của
các động cơ thuỷ lực gắn liền với việc dùng hệ thống van séc-vo, nhờ vậy đưa ra
được đường đặc tính tối ưu mô men/ vận tốc. Mô men cực đại đạt được khi vận
tốc bằng 0, còn để quay nhanh chúng cần có một hộp số tăng tốc.
9.2.5. Hệ thống điều khiển theo chương trình số
Kỹ thuật điều khiển theo chương trình số sau một giai đoạn dài ứng dùng
cáp logic, ngày nay các thế hệ máy móc mới ngày càng áp dụng giải pháp cài đặt
các cụm vi xử lý P (Microprocessor một cách rộng rãi. Các máy như vậy thuộc
nhóm CNC (Computer Numerical Control) tạm dịch là máy điều khiển theo
chương trình số bằng vi tính.
Chương trình điều hành cơ bản (phần cứng = Hardware) được cài đặt để
xử lý nhiệm vụ vốn có của một hệ thống điều khiển số bao gồm:
- Nạp dữ liệu chương trình
- Ghi nhớ các dữ liệu
- Xử lý các dữ liệu để nhận được các chuyển động của máy và các chức
năng phụ.
- Điều khiển các chuyển động trên máy.
- Cụm xử lý trung tâm CPU (Central Procesing Unit) có thể là một cụm vi
tính đơn chức (Mono - Microprocesing) hoặc một cụm vi tính đa chức năng
(Multi - Microprocesing).
Chương trình hoạt động trên các máy tính này được lập ra từ bảng điều
khiển và các cụm tự động lập trình trên máy.
Những phần từ khác nhau của hệ thống điều khiển số được tập hợp thành
nhóm, được xếp đặt trong một tủ điều khiển gắn liền với bảng phím điều khiển và
đầu đọc thông tin.
Cấu trúc CNC có thể được môđul hoá như sau:
- Môđul các cụm chức năng điều khiển số và các bộ nối ghép có thể lập
trình tự động.
- Môđul bảng điều khiển nối ghép hai địa chỉ với hàng loạt quan hệ. Cụm
này có thể gá với cần cônxon di động được.
Các môđul nói trên được gắn trực tiếp trên thân máy. Nhờ sự giảm tối đa
kích thước của các phần tử tự động, đã cho phép thu nhỏ kích thước của cụm
CNC và có thể cài đặt thẳng vào bảng điều khiển gắn trên cônxon di động.
a. Dữ liệu chương trình
Văn bản chương trình gia công trên các máy NC được thiết lập và quản lý
theo tiêu chuẩn ISO - 6983. Tiêu chuẩn này định nghĩa và phân loại dữ liệu cần
thiết khác nhau nhằm thực hiện các công việc kỹ thuật trên máy NC. Dưới đây
xin ghi nhớ những nhóm dữ liệu cơ bản, đó là:
* Dữ liệu hình học: Gồm các toạ độ xác định hình dáng và kích thước của
chi tiết gia công. Chúng gồm có:
- Các toạ độ góc và các tọa độ điều chỉnh góc.
- Kích thước xác định hình dáng dao (l, v.v...)
- Kiểu nội suy
- Vị trí dao so với biên dạng gia công.
Cụm điều khiển số sẽ thiết lập từ các dữ liệu này những tốc độ vị trí trong
chuyển động tương đối giữa chi tiết và dụng cụ cắt.
* Dữ liệu hỗ trợ xử lý: Các dữ liệu hình học không đủ để xác định một tập
hợp các chuyển động riêng tạo thành chu kỳ làm việc. Do vậy phải bổ sung các
dữ liệu xử lý, bao gồm.:
- Các chu kỳ gia công khác nhau
- Các chu kỳ kích thước
- Thời điểm dừng để kiểm tra
- Lựa chọn điều chỉnh
- Lựa chọn dao.
Các dữ liệu kỹ thuật: là những dữ liệu xác định các điều kiện gia công: tốc
độ quay của trục chính, tốc dộ chạy dao, lựa chọn bôi trơn v.v... Khuynh hướng
mới nhất và nhanh nhất để xác định các dữ liệu kỹ thuật này là đưa vào các dữ
liệu về đặc trưng vật liệu, dụng cụ cắt và chất lượng yêu cầu của bề mặt gia công;
từ đó cụm điều khiển thiết lập các điều kiện cắt gọt.
b. Mã hoá dữ liệu
Ba nhóm dữ liệu vừa nêu trên được xử lý và chuyển giao như thế nào cho
máy ?
Trước hết, các nhóm dữ liệu cần phải được mã hoá theo cốt mã tiêu chuẩn.
Để tiến hành mã hóa dữ liệu chương trình cần nắm được những khái niệm quan
trọng sau:
* Tạo khuôn ( format) là tạo lập các lệnh điều hành thuộc phần cứng
(hardware) trong đó thông tin điều hành đã được mã hoá. Số lượng các con số
cần dùng phụ thuộc vào từng kiểu của hệ thống điều khiển số.
* Hệ thống địa chỉ (Adresse): là những ký tự cho phép đồng nhất với chức
năng đảm bảo bởi hệ thống điều khiển số. Địa chỉ được ghi bằng các chữ cái tiêu
chuẩn ứng với các chỉ dẫn sau:
A = toạ độ góc, quay quanh trục X
B = toạ độ góc, quay quanh trục Y
C = toạ độ góc, quay quanh trục Z
D = toạ độ góc, quay quanh trục chuyên dùng hoặc là tốc độ chạy dao thứ ba
E = toạ độ góc, quay quanh trục chuyên dùng hoặc là tốc độ chạy dao thứ hai.
F = Tốc độ chạy dao.
G = Chức năng chuẩn bị
H = ( không dùng)
I = Toạ độ theo X của tâm một cung tròn trong đường cong tổng quát
J = Toạ độ theo Y của tâm một cung tròn trong đường cong tổng quát
L = (không dùng)
M = Chức năng phụ trợ
N = Số thứ tự câu lệnh
0 = (không dùng)
P = chuyển động thứ ba song song với trục X
Q = chuyển động thứ ba song song với trục Y
R = chuyển động thứ ba song song với trục Z, hoặc chuyển động thứ nhất
trên trục chính Z
S = Tốc quay của trục chính
T = Chức năng dụng cụ cắt
U = Chuyển động thứ hai song song với trục X
V = Chuyển động thứ hai song song với trục Y
W = Chuyển động thứ hai song song với trục Z
X = Chuyển động cơ bản song song với trục X
Y = Chuyển động cơ bản song song với trục y
Z = Chuyển động cơ bản song song với trục Z
: = Phân nhánh trong chương trình
* Từ lệnh: được thiết lập thông qua phối hợp các con số và địa chỉ, cho phép
lượng hoá chính xác các chức năng yêu cầu.
Ví dụ: X 420: Chuyển động trên trục X đến điểm có tọa độ X = 420 mm
Các từ lệnh xác định một cách tương thích với kiểu tạo khuôn trên từng
máy.
* Câu lệnh: là sự ghép nối tối thiểu các từ lệnh cần thiết để thực hiện một
chức năng chuyển động hoặc một chức năng của máy. Ví dụ:
N10 G00 Z-25.000 X60.250
Thứ tự câu lệnh Địa chỉ các từ lệnh (lượng hóa chức năng)
N10: Câu lệnh số 10
G00: Chạy nhanh không ăn dao
Z-25.000: Tọa độ Z cần đi tới 25 mm
X60.250: Tọa độ X cần đi tới 60,25 mm
c. Truy nhập dữ liệu
Sau khi các nhóm dữ liệu đã được mã hoá ta có thể truy nhập chúng vào
cụm điều khiển số của máy.
Cách truy nhập được ứng dụng phổ biến ở các thế hệ máy NC đầu tiên là
thông qua các vật mang tin như băng đục lỗ, các đục lỗ. Không phụ thuộc vào
cách hiển thị, các đầu đọc có thể đọc trực tiếp dữ liệu chương trình. Đây là vật
mang tin rẻ tiền, bền và thích ứng với điều kiện phân xưởng. Băng đục lỗ 8 rãnh,
rộng 1 inch. (25,4 mm) đã được tiêu chuẩn hóa kể cả mã ký tự theo ISO-6983
hoặc EIA-RS 244. Tuy nhiên do tốc độ tác dụng chậm và hệ thống linh kiện của
cụm điều khiển phức tạp chúng không còn được sử dụng phổ biến nữa.
Các vật mang tin khác như băng từ (mini cassette) hiện nay còn được dùng
trên máy để thực hiện lập trình đơn giản và bằng tay trên bảng điều khiển của
máy NC, đĩa từ là vật mang tin được dùng trong các chương trình nghiên cứu, thí
nghiệm cần đến dung lượng nhỏ lớn. Các vật mang tin nói trên nhìn chung không
thích hợp với điều kiện phân xưởng. Người ta có thể truy nhập dữ liệu chương
trình bằng cách cấp lệnh bằng tay vào thẳng cụm điều khiển số nhờ bảng điều
khiển. Bảng này gồm một bàn phím số - chữ cái và một bộ phận hiển thị, cho
phép lập trình trực tiếp trên máy. Quá trình này được dùng phổ biến đặc biệt cho
những cụm điều khiển số không đắt tiền, trang bị cho các máy NC đơn giản. Các
biểu tượng hiển thị trên mặt bảng điều khiển tuân theo tiêu chuẩn ISO 2972.
Một phương pháp truy nhập khác là tạo đường liên hệ trực tiếp giữa các máy
NC với máy tính trung tâm theo nguyên tắc điều khiển DNC (Direct
computerized Numerical Control) . Với hệ thống này người ta có thể loại bỏ các
vật mang tin trung gian. ở đây, một loạt các mối liên hệ trực tiếp được hình thành
giữa một máy tính trung tâm và một hay nhiều cụm điêù khiển số. Các chương
trình gia công lưu trữ trong bộ nhớ của CPU được chuyển giao một cách có lựa
chọn đến các cụm điều khiển số tương thích để thực hiện các chương trình gia
công khác nhau.
Thông thường các cụm
điều khiển số có bộ nhớ
ngày càng lớn, ghi được
các chương trình và có thể
hiệu chỉnh, sửa chữa, xoá
và lập trình mới. Nếu
không, cần phải có một bộ
thích nghi hoá trung gian
(Adapter) để đảm bảo
chức năng đó,
Nguyên tắc truy nhập
và điều khiển DNC được
trình bày trên hình 9.17.
A: Đĩa từ; E: in chương trình; B: Đầu đọc;
F: Bàn phím và màn hình; C: Máy tính; G: Phục
vụ teletype; D: Đầu cuộn băng từ; CN: Cụm điều
khiển số.
Hình 9-17. Mối liên hệ trực tiếp Máy
tính/cụm điều khiển số trong nguyên tắc DNC
Các thông tin được chuyển giao cho cụm điều khiển số từ máy trung tâm
gồm có:
- Nội dung chương trình
- Số thứ tự của chương trình chi tiết cần gia công trong tập hợp nhiều
chương trình lưu trữ trong bộ nhớ của cụm điều khiển số.
- Danh mục dao cụ, kích thước và tuổi thọ của chúng.
- Các dữ liệu điều khiển máy
Ngược lại các cụm điều khiển số có thể gửi về máy tính trung tâm các thông
tin như:
- Một chương trình của chi tiết sau khi gá lắp trên máy.
- Danh mục dao cụ với tuổi thọ tính đến ngày sử dụng.
- Tình trạng máy, có thể đánh số các lỗi .
- Các tính toán hiệu chỉnh, sửa chữa sai hoặc đúng của một chi tiết...
d. Kiểm tra hệ thống điều khiển số
Ta có thể gọi ra một trong số các chương trình đã cài đặt vào bộ nhớ của hệ
thống điều khiển số và cho phép kiểm tra thường xuyên nó có hoạt động tốt
không:
* Chương trình kiểm tra hoạt động bình thường của các bộ phận tính toán
như cụm xử lý trung tâm; các bộ nhớ. Kiểm tra chức năng hoạt động của chúng
mỗi lần bật máy ở thế hiệu định mức hoặc ở thế hiệu điều chỉnh.
* Chương trình kiểm tra hoạt động của các trục máy. Chương trình này ít
nhiều mang tính tổng hợp. Phổ biến hơn cả là kiểm tra giá trị sai lệch trong khi
theo dõi hoạt động của các trục, gây các tình huống dừng đột ngột các chuyển
động xem chúng có vượt qua giá trị định trước hay không...
* Kiểm tra cú pháp các câu lệnh trong chương trình gia công. Cách thức
kiểm tra gồm cho chạy một băng trắng chương trình đưa vào cụm điều khiển số
để phát hiện các nhầm lẫn như:
- Lỗi mã hoá số - chữ cái
- Địa chỉ không tương thích
- Chức năng không rõ
- Chương trình không thích hợp v.v...
* Hiển thị các trạng thái của mặt nối ghép và tín hiệu hoá các sai phạm:
phép kiểm tra này cho phép tín hiệu hoá những hiện tượng không bình thường ở
mặt ghép nối "Cụm điều khiển tự động/ Máy" kể cả mức chắp nối.
Tài liệu tham khảo
1-Bộ môn cơ sở chế tạo máy-Bài giảng công nghệ kim loại và một số vật
liệu khác dùng trong chế tạo máy (tập III-quyển II) - Trường Đại học kỹ thuật
quân sự- Năm 1975
2-Nguyễn Duy, Trần Sỹ Tuý, Trịnh Văn Tự - Nguyên lý cắt kim loại- Nhà
xuất bản Đại học và trung học chuyên nghiệp - Hà nội 1977
3-Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến và các tác giả - Công nghệ chế tạo máy-
Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật - Hà nội 1996
4- Nguyễn Ngọc Anh, Hà Văn Vui Và các tác giả - Sổ tay công nghệ
chế tạo máy (tập II, III và IV)- nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật- Hà nội
1979
5- Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến và các tác giả- Sổ tay công nghệ chế
tạo máy (tập I) -Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật - Hà nội 1999
6- Vũ Hữu Nam, Lưu Văn Bồng -Hướng dẫn làm bài tập công nghệ
kim loại (phần gia công bằng cắt gọt)- Học viện kỹ thuật quân sự-Năm
1991
7- Â. ễ. Áợỏðợõ - ẻủớợõỷ ũồợðốố ðồỗàớốÿ ỡồũàởởợõ- èợủờõà
èàứốớợủũðợồớốồ- 1975
8- À.è. Âúởỹụ- éồỗàớốồ ỡồũàởởợõ- ậồớốớóðàọ èàứốớợủũðợồớốồ -
1973
9-Àðứốớợõ. Â. À, Àởồờủồồõ Ã. À- éồỗàớốồ ỡồũàởởợõ - èợủờõà
èàứốớợủũðợồớốồ- 1959
10- Ãồởởồõ ị. À- ẩớủũðúỡồớũỷ- èợủờõà èàứốớợủũðợồớốồ- 1968
11-À.è.Äàởỹủờốộ, ẩ.À.Àðúũỵớợõà ố ọðúóốồ- ềồừớợởợóốÿ
ờợớủũðúờửốợớớỷừ ỡàũồðốàởởợõ- èợủờõà èàứốớợủũðợồớốồ- 1977
12- è. À. Áàðàớợõủờốộ ố ọðúóốồ- ềồừớợởợóốÿ ỡồũàởởợõ ố ờợớủũ
úờửốợớớỷừ ỡàũồðốàởởợõ- ẩỗọàũồởỹủũõợ õỷủứàÿ ứ ờ ợ ở à- èốớủờ
1973
13- ẹ.ẹ. Íồờðàủợõ ố ọðúóốồ- ềồừớợởợóốÿ ỡồũàởởợõ - èợủờõà
èàứốớợủũðợồớốồ- 1974
14- ấ. ễ. Àớũốớợõ ố ọðúóốồ - ẹùðàõợữớốờ ũồừớợởợóà-
èàứốớợủũðợốũồởÿ (ềợỡ 1 ố 2) - èợủờõà èàứốớợủũðợồớốồ- 1972
Các file đính kèm theo tài liệu này:
giao_trinh_cong_nghe_kim_loai_phan_ii_gia_cong_cat_got_dung.pdf
