Bài giảng Nguyên lý và dụng cụ cắt - Chương 5: Phay (Milling) - Cao Thanh Long

Nội dung text: Bài giảng Nguyên lý và dụng cụ cắt - Chương 5: Phay (Milling) - Cao Thanh Long

1. §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 f f ' r h h h   r     11
2. §5.2. Kết cấu dao phay (Structure of Milling tools) C 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 h AcximÐt. H ¦u ®iÓm: D - Hình d¸ng vµ kÝch th­íc răng dao ít thay r ®æi khi mµi l¹i, do ®ã b¶o ®¶m sù ®ång k nhÊt vÒ hình d¸ng kÝch th­íc cña chi tiÕt m 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 d 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. 12
3. §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. 13
4. §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 14
5. §5.3. Các yếu tố cắt khi phay ( Cutting factors when milling) 15
6. §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: Vc Vn Vs 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. 16
7. §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. 17
8. §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 : o Víi  = 0 cã a = amin = 0. Víi  =  cã amax = SZ . sin Vì chiÒu dµy c¾t a thay ®æi tõ a=0 ®Õn a = Sz sin max B 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: M b a 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 ? /2 /2 ®­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 t Sz f b 18 B a
9. §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 Sz Khi phay b»ng dao phay mÆt ®Çu, chiÒu réng líp c¾t lµ n mét ®¹i l­îng kh«ng ®æi. B t b 0 Tr­êng hîp gãc n©ng  = 0: sin sin Tr­êng hîp gãc n©ng  0: B t0 b t 8.2. Đèi víi dao phay trô răng th¼ng: sin .cos sin .cos 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: C2 C1 Tr¶i tÊt c¶ ®­êng ®Ønh răng cña dao trªn mÆt ph¼ng sÏ  thÊy sù thay ®æi cña b. b ChiÒu réng líp c¾t do răng thø nhÊt vµ răng thứ 2 c¾t C0 1 ®­îc tÝnh nh­ sau: b 2 D  d c D d c d2 d1 b 1 1 b 2 0 1 2 sin 2 2 sin Vì  = 0 nªn: C0 D  b d2 2 2 sin 19
10. §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 n Nªn: fi = SZ . B . sin i DiÖn tÝch c¾t tæng céng do n răng ®ång thêi tham gia c¾t ®­îc tÝnh b»ng: F S Z .B.sini 9.2.Khi phay b»ng dao phay trô răng nghiªng i 1 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: di f a .db i i i  ci 20
11. §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: x D .d db 2 n i sin sin  di D 2  f .S .sin .d  i Z i d t sin c  ci D.S f Z cos cos  i 2.sin ci di X d S B  n n i D.S db F f Z cos cos  i  ci di  C i 1 2sin  i 1 21
12. §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 B Trong ®ã: ai = Sz.sin .cosi & bi VËy: fi = B.Sz.cos i sin DiÖn tÝch c¾t tæng céng do n răng ®ång thêi tham gia c¾t ®­îc tÝnh b»ng: n F B.S Z cosi i 1 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. 22
13. §5.4. Phay cân bằng (Equilibrium milling process) 5.4.1. Đặt vấn đề: Identify the problem n F S Z .B.sini i 1 n n D.SZ F  fi cosci cosdi  i 1 2sin i 1 n F B.S Z cosi i 1 - 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. 23 -Quá trình phay với diện tích cắt không đổi được gọi là Phay Cân Bằng.
14. §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 d1 d c1 d2 vµ ®iÓm ®Çu cña răng thø n n»m trªn cïng c2 d3 C1 d2 c3=0 mét ®­êng sinh cña mÆt trô dao phay: C3 C2 d3 C1 = ®2 , C2 = ®3 , , Cn-1 = ®n. d3 d2 d1 Tæng diÖn tÝch líp c¾t ®­îc tÝnh b»ng: 3 C tr B n n T D.SZ F  fi cosci cosdi  C2 C1 i 1 2sin  i 1 D.S Vì cos = cos ; cos = cos ; ., nên: F Z cos cos  c1 d2 c2 d3 2.sin cn d1 D.S t.S F Z 1 cos Z const 2.sin sin 24
15. §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) 25