MỤC LỤC

MỤC LỤC ..................................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................3
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................10
1.1.

TỔNG QUAN VỀ PHAY VÀ DAO PHAY .........................................14

1.1.1. Định nghĩa về phay ................................................................................ 14
1.1.2. Các dạng dao phay chủ yếu ................................................................... 14
1.1.3. Vật liệu làm dao..................................................................................... 21
1.1.4. Đặc điểm gia công cắt gọt bằng phay.................................................... 25
1.1.5. Các phƣơng pháp phay .......................................................................... 26
1.2.

CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY PHAY CNC ........................28

1.2.1. Các dạng điều khiển của máy phay CNC .............................................. 28
1.2.2. Qui trình công nghệ gia công trên máy phay CNC ............................... 31
1.2.3. Phƣơng pháp thực hiện nguyên công phay trên máy phay CNC .......... 32
1.3.

MÔ HÌNH QUÁ TRÌNH CẮT KHI PHAY ..........................................37

1.3.1. Phân tích các nhân tố có trong mô hình ................................................ 37
1.3.2. Ý nghĩa của các đại lƣợng đặc trƣng xuất hiện trong và sau quá trình cắt
khi phay ................................................................................................. 40
1.4.

CÁC ĐẶC TRƢNG CƠ BẢN KHI PHAY BẰNG DAO PHAY NGÓN


Thực nghiệm gia công mẫu ...................................................................81

3.2.1. Gia công thô .......................................................................................... 83
3.2.2. Lập trình gia công tinh chi tiết với các dụng cụ cắt có đƣờng kính khác
nhau (mẫu 1,2,3) .................................................................................... 87
3.2.3. Gia công tinh với đƣờng chạy dao kiểu gạch mặt cắt (mẫu 4) .............. 90
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ......................................................................................92
4.1.

ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .....................................94

4.2.

KẾT LUẬN KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM............................................99

KẾT LUẬN CHƢƠNG 4 ....................................................................................100
1.

KẾT LUẬN .........................................................................................102

2.

KIẾN NGHỊ.........................................................................................103

2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và

CAD (Computer Aided Design) – Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính
CAM (Computer Aided Manufacturing) – Chế tạo có sự trợ giúp của máy tính
OP (Operation) – Nguyên công
Suface: Bề mặt
Part: Khối
Drawing: Bản vẽ
Select Object: Chọn đối tƣợng
Tool Path: Đƣờng chuyển dao
Insert: Tra vào
NC Sequence: Chƣơng trình chạy dao
Define: Xác định hƣớng về
Play Path: Đƣờng chạy dao
Screen Play: Hiển thị mô hình khối
Defauld: Mặc định
G-Code: Mã lệnh của đƣờng chạy dao

5


HỆ THỐNG DANH MỤC VÀ CÁC HÌNH VẼ
Hình 1. 1 Các dạng dao phay chủ yếu ......................................................................15
Hình 1. 2 Một số loại dụng cụ cắt sử dụng trong gia công bề mặt không gian ........16
Hình 1. 3 Hình học tổng quát của dao ......................................................................17
Hình 1. 4 Các dạng dao phay ngón ..........................................................................18
Hình 1. 5 Mô hình hình học tổng quát của phay ngón..............................................19
Hình 1. 6 Các lưỡi cắt xoắn vít trên dao...................................................................20
Hình 1. 7 Lực của răng dao phay tác động lên chi tiết và sự tiếp xúc giữa bề mặt vít
me với đai ốc .............................................................................................................27
Hình 1. 8 Điều khiển điểm - điểm .............................................................................28
Hình 1. 9 Điều khiển đường thẳng ............................................................................29


Hình 2. 17 Sơ đồ tính đường tạo hình và sơ đồ tính hình chiếu của đường tròn tạo
hình lên mặt phẳng P ................................................................................................65
Hình 2. 18 Hình chiếu của đường tròn tạo hình lên mặt phẳng vuông góc với vec tơ
tốc độ chạy dao tức thời ............................................................................................66
Hình 2. 19 Chiều cao nhấp nhô để lại sau khi gia công ...........................................67
Hình 2. 20 Chiều cao nhấp nhô để lại sau khi gia công ...........................................67

Hình 3. 1 Chương trình khởi động phần mềm Rapidform ........................................72
Hình 3. 2 Nhập lưới điểm vào phần mềm .................................................................72
Hình 3. 3 Tạo các mảng màu cho lưới điểm chi tiết .................................................73
Hình 3. 4 Đưa gốc tọa độ về điểm tâm chi tiết .........................................................74
Hình 3. 5 Tạo không gian vùng tham chiếu biên dạng cánh ....................................75
Hình 3. 6 Hiển thị biên dạng chi tiết trên bề mặt tham chiếu ...................................75
Hình 3. 7 Tạo biên dạng chi tiết ................................................................................76
7


Hình 3. 8 Lựa chọn phương án hình thành chi tiết ...................................................76
Hình 3. 9 Kết quả của lệnh Extrude – Up to Region ................................................77
Hình 3. 10 Sử dụng lệnh tạo bề mặt Mesh Fit ..........................................................77
Hình 3. 11 Kết quả của lệnh Mesh Fit ......................................................................78
Hình 3. 12 Thực hiện cắt khối chi tiết .......................................................................78
Hình 3. 13 Kết quả sau khi cắt khối chi tiết ..............................................................79
Hình 3. 14 Lựa chọn lệnh Fillet ................................................................................79
Hình 3. 15 Bo tròn các cạnh cần thiết của chi tiết....................................................80
Hình 3. 16 Tạo Sketch dùng cho việc cắt một mảnh chi tiết .....................................80
Hình 3. 17 Cắt chi tiết ..............................................................................................81
Hình 3. 18 Mảnh chi tiết sử dụng lập trình và gia công thực nghiệm ......................81
Hình 3. 19 Giao diện phần mềm MasterCam X6 ......................................................84

Trong sự phát triển không ngừng của các thành tựu Khoa học – Công nghệ,
đặc biệt lĩnh vực điều khiển số và tin học đã cho phép các Nhà Chế tạo máy ứng
dụng vào máy cắt gọt các hệ thống điều khiển ngày càng tin cậy hơn với tốc độ xử
lý nhanh hơn và giá thành thấp hơn. Tự động hóa sản xuất, mà phƣơng thức cao
nhất của nó là sản xuất linh hoạt. Trong đó máy điều khiển số CNC đóng vai trò
quan trọng nhất, sử dụng máy điều khiển số CNC cho phép giảm khối lƣợng gia
công chi tiết, nâng cao độ chính xác gia công và hiệu quả kinh tế đồng thời cũng rút
ngắn đƣợc chu kỳ sản xuất.
Chính vì vậy, ngành cơ khí chế tạo ở đa số các nƣớc phát triển trên thế giới
cũng nhƣ trong nƣớc ta hiện nay đã đầu tƣ dây chuyền CNC ứng dụng vào sản xuất
với hiệu quả kinh tế rất cao. Vấn đề tài chính không còn là vấn đề đáng quan tâm
của các doanh nghiệp khi đầu tƣ các máy công cụ điều khiển theo chƣơng trình số,
ngay cả các doanh nghiệp loại vừa và nhỏ cũng đều có thể tự trang bị đƣợc.
Với sự tận tình giúp đỡ và định hƣớng nghiên cứu của TS. Bùi Ngọc Tuyên,
Tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu dao phay ngón và thực nghiệm gia công tạo
hình bằng dao phay ngón trên máy phay CNC 3 trục”. Với mục tiêu đặt ra là
nghiên cứu dao phay ngón để gia công bề mặt không gian trên máy phay CNC.
2. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu chủ yếu của đề tài là:
-

Nghiên cứu về dao phay ngón

-

Ngiên cứu về máy phay CNC

-

Ứng dụng phần mềm Rapidform để thiết kế mẫu

-

Hiện tại, với cơ chế mở cửa thu hút các nhà đầu tƣ trong và ngoài nƣớc,
đặc biệt là các nhà đầu tƣ nƣớc ngoài đã đem đến cho nền công nghiệp
nƣớc nhà một diện mạo mới.

-

Khi các nhà đầu tƣ nƣớc ngoài vào nƣớc nhà không chỉ đem đến một
phƣơng pháp quản lý hiện đại, mà cùng với đó là những thiết bị tối tân trợ
giúp quá trình tạo ra sản phẩm một cách nhanh chóng, dễ dàng và chính
xác nhất có thể. Trong đó phần mềm CAD/CAM/CNC đóng một vai trò
vô cùng quan trọng trong khâu thiết kế, chế tạo, mô phỏng và kiểm tra
chất lƣợng sản phẩm trƣớc khi ứng dụng sản xuất hàng loạt.

-

Cùng với việc thành thạo trong sử dụng các phần mềm hỗ trợ thiết kế,
chế tạo, mô phỏng, kiểm tra chất lƣợng sản phẩm trƣớc khi đi vào sản
xuất là việc tìm hiểu đƣợc những điểm mấu chốt, cốt lõi để làm chất
lƣợng của chúng. Qua đó có những hiểu biết cần thiết và tiến tới có thể
cải tiến hơn nhằm phù hợp với sự phát triển không ngừng của khoa học.

-

Không có gì là bất biến, tri thức thì lại càng không. Càng ngày kho tri
thức càng khổng lồ them. Vì vậy, những kiến thức nhân loại đang ứng
dụng hôm nay chƣa hẳn đã là dung tốt cho ngày mai. Trong quá trình
nghiên cứu, nếu còn thấy hay, thấy tốt thì còn dung đƣợc và làm sao để
11


-

Thực nghiệm quá trình gia công mẫu có bề mặt phức tạp bằng dao phay
ngón trên máy phay CNC 3 trục.

-

Kiểm tra đƣợc độ chính xác gia công bề mặt không gian bằng phần mềm
thiết kế ngƣợc Rapidform.

12


TỔNG QUAN
Hiện nay , việc nghiên cứu một cách đầy đủ và ứng dụng trong các phần
mềm CAD/CAM cũng nhƣ ứng dụng CAD/CAM vào thiết kế, chế tạo và kiểm tra
sản phẩm còn khá hạn chế hoặc mang tính riêng rẽ. Có những đề tài đi sâu vào
nghiên cứu ứng dụng CAD/CAM trong thiết kế và chế tạo, có đề tài chỉ nghiên cứu
về kiểm tra bề mặt, có đề tài chỉ chuyên sâu vào lý thuyết cơ sở hình thành bề mặt
Tự do. Vì vậy, trong khuôn khổ đề tài này sẽ nghiên cứu ” Nghiên cứu dao phay
ngón và thực nghiệm gia công tạo hình bằng dao phay ngón trên máy phay CNC
3 trục” Khi nghiên cứu tập trung vào một tiến trình sẽ gặp phải những vấn đề đó sẽ
làm rõ hơn tính xóa nhòa khoảng cách giữa lý thuyết và thực hành.
1. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và kết hợp với thực nghiệm để đƣa ra kết luận khi
gia công bề tạo hình bề mặt bằng dao phay ngón trên máy CNC 3 trục.
2. Nội dung của luận văn
Trong đề tài này tác giả chủ yếu nghiên cứu và giải quyết những vấn đề sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về phay và dao phay

-

Dao phay mặt đầu. (Hình 1.1b)

-

Dao phay đĩa. (Hình 1.1c)

-

Dao phay đĩa để cắt đứt. (Hình 1.1d)

-

Dao phay ngón. (Hình 1.1e)

-

Dao phay góc. (Hình 1.1g)

-

Dao phay định hình. (Hình 1.1h)

14


Hình 1. 1 Các dạng dao phay chủ yếu
1.1.3. Dao phay ngón
1.1.3.1. Một số loại dao phay ngón điển hình

ngón bằng 7 thông số hình học sau: D,R,Rr,Rz,,,h (hình 1.3).
Mô hình tham số tổng quát này có thể chi tiết hóa ra nhiều dạng dao phay ngón
16


mặt đầu và dạng xoắn vít thƣờng dùng trong công nghiệp (hình 1.4). Bảy thông số
hình học này hoàn toàn độc lập với nhau nhƣng có những ràng buộc về hình học để
tạo ra những mô hình toán phù hợp. Một lƣỡi cắt dạng xoắn vít bao lấy xung
quanh phần bao ngoài của dao ( hình 1.5). Cơ chế cắt gọt yêu cầu cần có sự xác
định rõ ràng về toạ độ, hình học lƣỡi cắt cục bộ, tải trọng riêng cắt phoi và 3 thành
phần lực cắt vi phân (dFa, dFr, dFt ) tại điểm cắt trên lƣỡi cắt ( ví dụ nhƣ ở điểm P
trên hình 3). Điểm P có cao độ Z, bán kính cực r(z) trong mặt phẳng toạ độ XY, góc
nhúng dọc trục K(z) và góc trễ hƣớng tâm (z). Góc nhúng dọc trục là góc giữa
trục dao và pháp tuyến của lƣỡi cắt xoắn ốc ở điểm P ( hình 1.5).
Góc trễ hƣớng tâm là góc giữa đƣờng nối điểm P tới mũi dao trong mặt phẳng
XY và tiếp tuyến với lƣỡi cắt ở mũi dao. Các toạ độ của điểm P đƣợc xác định bởi
véctơ r(z) trong hệ toạ độ trụ.
Hình bao của dao phay ngón đƣợc chia làm 3 vùng: (hình 1.3)
(1) r(z) =

z
tan 

vùng OM
(2.1)

r(z) =

R  ( Rz  z )  Rr
2



hoặc giao với các đƣờng côn OL và LS tƣơng ứng tại các điểm M,N ( hình
1). Các offset hƣớng tâm và hƣớng trục của các điểm M,N từ trục dao và
mũi dao lần lƣợt đƣợc tính nhƣ sau:

Hình 1. 5 Mô hình hình học tổng quát của phay ngón

RZ tan   Rr  ( R 2  Rr2 ) tan 2   2Rr Rz tan   Rz2  R 2
Mr 
tan 2   1
M Z  M r tan 

Nr 

với 0 ≤ α ≤ 900

 Rr  u  tan   Rz 

N Z  u  N r tan 

(2.2)

( R 2  Rz2 ) tan 2   2 Rz  Rr  u  tan    Rr  u   R 2
2

(2.3)

tan   1
2

vật liệu dao công.
Nếu gọi:

Thì K>1 càng nhiều càng tốt.
Thực tế vật liệu gia công thƣờng có độ cứng khoảng 200HB thì vật liệu làm
dao cần có độ cứng khoảng 60HRC. Khi cắt các loại thép có độ bền cao nhƣ thép
chịu nóng, thép không gỉ,… thì độ cứng của dao cần cao hơn nữa (65HRC).
b. Độ bền nhiệt: Là khả năng giữ đƣợc độ cứng và các tính cắt khác ở nhiệt độ cao
trong thời gian dài.
Khi cắt kim loại dao phải làm việc trong nhiệt độ rất cao (có thể đến 10000c).
Ở điều kiện nhiệt độ này vật liệu làm dụng cụ cắt có thể bị thay đổi về cấu trúc do
chuyển biến pha làm cho tính năng cắt giảm xuống.
Vì vậy có độ bền nhiệt cao là một trong những yêu cầu cơ bản nhất của vật
liệu làm dụng cụ cắt.
c.Độ bền cơ học:
Trong khi cắt kim loại dao thƣờng phải chịu những lực và xung lực rất lớn,
không chỉ ở phần cắt mà cả ở thân dao. Thực tế nhiều loại dao bị gãy, vỡ trong quá
21


trình làm việc.
Vì vậy vật liệu làm dao càng có độ bền cơ học cao thì tính năng sử dụng của
nó càng tốt.
d. Độ bền mòn: Là khả năng giữ đƣợc độ sắc và hình dạng của dao trong một thời
gian gia công dài.
Dao làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao và ma sát lớn làm cho dao dễ bị
mài mòn. Thông thƣờng dao có độ cứng càng cao thì tính chống mài mòn càng tốt.
Tuy nhiên ở điều kiện nhiệt độ rất cao khi cắt (700-800) sẽ xuất hiện hiện tƣợng
chảy dính.
Thực tế cho thấy khi dao có đủ độ cứng, độ bền nhiệt, độ bền cơ học thì dạng

lƣợng các bon trong thép phải nằm trong khoảng 0,7%  % C  2,14 %
- Độ cứng sau tôi đạt HRC 60  62, sau ủ đạt HB = 107  217 nên dễ gia
công bằng cắt gọt và bằng áp lực.
- Độ thấm tôi thấp nên phải tôi trong môi trƣờng nƣớc do vậy sau khi tôi
dụng cụ dễ bị nứt, vỡ, hƣ hỏng.
- Tính chịu nóng thấp vì không đƣợc hợp kim hoá nên máctenxít của thép dễ
bị phân tích khi bị nung nóng làm cho độ cứng của dụng cụ giảm nhanh.
- Dụng cụ cắt chế tạo từ thép các bon dụng cụ thƣờng là : Y7, Y8, Y9, Y10,
Y12, Y13, …
b. Thép hợp kim dụng cụ
Là thép có hàm lƣợng các bon cao và hàm lƣợng một số nguyên tố hợp kim
vào khoảng 0,5  3 %.

23


Thép XBT ít bị biến dạng trong nhiệt luyện nên đƣợc dùng để chế tạo dao có
kích thƣớc nhỏ, chiều dài lớn, nhƣng độ bền cơ học của thép XBT thấp hơn 34 lần
so với thép gió.
c. Thép gió
Là loại thép hợp kim dụng cụ trong đó hàm lƣợng của các nguyên tố hợp kim
lớn nhất là W và Cr.
- Thép gió có độ bền nhiệt cao ( 550  600 )0C độ chịu mòn tốt, độ cứng sau
nhiệt luyện đạt HRC = 60  65. Do vậy dụng cụ cắt chế tạo bằng thép gió sẽ nâng
cao đƣợc tốc độ cắt từ  3 lần so với thép hợp kim dụng cụ khác. Tốc độ tối đa của
thép gió là 50 m/ph.
- Dùng phổ biến là thép gió P9 và P18. Ngoài ra còn dùng P94 ; P162 ;
P9K5 ; P10K5 ;
- Khả năng cắt và tuổi bền khi làm việc ở tốc độ cao của thép P9 và P18 là
tƣơng đƣơng nhau. Khi làm việc ở tốc độ thấp thì nhân tố quyết định của dao là khả

cứ 1% Mo thay thế 2% W, khi đó ta sẽ nhận đƣợc thép Mo.
Tính năng cắt của 2 loại thép gió nền W và Mo là nhƣ nhau.
d. Hợp kim cứng
Hợp kim cứng là loại vật liệu có tính năng cắt tốt, độ cứng cao HRC > 70.
Độ bền nhiệt cao 800  10000C
HKC có hàm lƣợng W lớn. Trong một số mác thép còn có cả titan từ

5

 6%.
- Dao làm bằng HKC cho phép cắt ở tốc độ cao 100  200 m/ph. Vì vậy mà
năng suất cao gấp 2  3 lần thép gió. Nhƣợc điểm là dao làm bằng hợp kim cứng thì
độ bền uốn kém, độ bền dẻo thấp, do vậy nó cần làm việc ở điều kiện không có va
đập, lƣợng dƣ gia công phân bố đồng đều, độ cứng vững của hệ thống công nghệ
cao.
Ngoài một số vật liệu kể trên, ngày nay còn sử dụng vật liệu gốm sứ để chế
tạo dụng cụ cắt cho năng suất cao.
1.1.4. Đặc điểm gia công cắt gọt bằng phay
- Do có một số lƣỡi cắt cùng tham gia cắt nên năng suất cao hơn so với gia công
bằng phƣơng pháp tiện. Lƣỡi cắt của dao phay làm việc không liên tục, cùng
khối lƣợng thân dao lớn nên điều kiện truyền nhiệt tốt. Do vậy dao lâu mòn
hơn và có thể gia công trong điều kiện cắt gọt khó khăn.
- Diện tích cắt khi phay thay đổi, do vậy lực cắt thay đổi gây ra rung động trong
quá trình cắt.
- Do lƣỡi cắt làm việc gián đoạn, gây va đập và rung động, nên khả năng tồn tại
25