LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu luận văn khoa học của tôi.
Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực, các thông số,
kết quả đo được là hoàn toàn chính xác và chưa được công bố ở bất kỳ công trình
nghiên cứu nào khác.

Tác giả

Nguyễn Đăng Dũng


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Nội dung

Thứ nguyên

Ra

Sai lệch prophin trung bình cộng

m

Rz

Chiều cao nhấp nhô tế

m

t0


Lượng chạy dao phút

mm/ph

Z

Số răng dao phay

n

Số vòng quay

v/ph

D

Đường kính dao phay

mm

v

Vận tốc cắt

m/ph

Pz

Lực cắt


Bảng 4.1

Thông số kỹ thuật của máy phay CNC – 180 FANUC

Bảng 4.2

Thành phần hóa học thép C45

Bảng 4.3

Bảng tính toán

Bảng 4.4

Quy hoạch thực nghiệm

Bảng 4.5

Các giá trị tính toán


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1

Mô hình tác động trong quá trình tạo phoi

Hình 1.2

Các bề mặt gia công và1 số loại dao trên máy phay


Cấu tạo dao phay mặt đầu

Hình 1.11

Thông số lớp cắt khi phay bằng dao mặt đầu

Hình 1.12

Lực cắt khi phay bằng dao phay mặt đầu

Hình 1.13

Các dạng mài mòn phần cắt dụng cụ

Hình 1.14

Sơ đồ mòn dao phay mặt đầu

Hình 1.15

Máy phay đứng

Hình 1.16

Máy phay đứng điều khiển theo chương trình số

Hình 1.17

Chiều quay của dao phay và mặt đầu


Các giai đoạn mài mòn của một cặp ma sát

Hình 2.4

Quá trình mài mòn của một cặp chi tiết ma sát (tiếp xúc với nhau

Hình 2.5

Quan hệ giữa lượng mòn ban đầu và Ra

Hình 2.6

Quá trình ăn mòn hóa học trên lớp bề mặt cho tiết máy


Hình 2.7

Quan hệ giữa chiều cao nhấp nhô và lượng tiến dao khi tiện

Hình 2.8

Ảnh hưởng của hình dáng hình học của dụng cụ cắt và chế độ cắt
đến nhấp nhô bề mặt khi tiện.

Hình 2.9

Ảnh hưởng của lượng chạy dao S đối với chiều sâu biến cứng

Hình 2.10


Hình 4.4

Thực nghiệm phay thép C45 bằng dao phay ngón D25

Hình 4.5

Kết quả đo độ nhám trên máy SJ.400

Hình 4.6

Đồ thị quan hệ giữa Ra, S và V

Hình 4.7

Đồ thị quan hệ giữa Ra, S và t

Hình 4.8

Đồ thị quan hệ giữa Ra, t và V


PHẦN MỞ ĐẦU
1- TÊN ĐỀ TÀI.
Nghiên cứu xây dựng phương pháp tối ưu hóa chế
độ cắt cho gia công phay và thực nghiệm áp dụng
2- CƠ SỞ ĐỂ LỰA CHỌN ĐỀ TÀI.
Để thực hiện được mục tiêu “Công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước” thì việc
phát triển khoa học công nghệ nói chung và khoa học công nghệ trong cơ khí nói
riêng càng trở nên quan trọng và cấp thiết hơn bao giờ hết. Trên thế giới chúng ta


-

Nghiên cứu về chất lượng chỉ tiêu đánh giá bề mặt

-

Phương pháp tối ưu hóa chế độ cắt cho gia công phay theo hàm mục tiêu chất
lượng bề mặt

-

Thực nghiệm tối ưu hóa chế độ cắt cho gia công thép C45 bằng dao phay ngón.

-

Một số kết luận của đề tài và các đề suất cho hướng nghiên cứu tiếp theo.

5- PHẠM VI NGHIÊN CỨU.
Máy phay, dao phay, vật liệu gia công có nhiều loại. Nên việc nghiên cứu xây
dựng chế độ cắt tối ưu cho gia công phay sẽ cần rất nhiều thời gian và nhiều công
trình nghiên cứu. Do thời gian cũng như điều kiện không cho phép nên đề tài này
chỉ đi sâu nghiên cứu quá trình phay mặt phẳng trên vật liệu là thép C45 bằng dao
phay ngón gắn mảnh hợp kim trên máy phay đứng CNC.
6- PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
Khi nghiên cứu dùng phương pháp xây dựng lý thuyết cơ sở kết hợp với nghiên

-

cứu thực nghiệm.

Việc nghiên cứu này được áp dụng cho tất cả các phương pháp gia công cắt
gọt bằng những dụng cụ cắt khác nhau, còn gọi là dụng cụ cắt có lưỡi.
Quá trình tạo phoi liên quan trực tiếp đến lực cắt, nhiệt cắt, sự mòn dao, chất
lượng bề mặt của chi tiết được gia công.
Quá trình tạo phoi được phân tích kỹ trong vùng tác động (Hình 1-1) bao
gồm:
1- Vùng biến dạng thứ nhất:
Là vùng vật liệu phôi nằm trước mũi
Phoi

dao, được giới hạn giữa vùng vật liệu
phoi và vùng vật liệu phôi. Dưới tác

h*

Mặtph?ng
phẳngtru?t
trượt
M?t

dụng của lực tác động, trước hết

Dao
2
1

trong vùng này xuất hiện biến dạng

h


dạng gia công này đều được thực hiện trên các máy cắt kim loại bằng các dụng cụ
cắt khác nhau như: Dao tiện, dao phay, mũi khoan v.v....
Để thực hiện một quá trình cắt nào đó cần thiết phải có hai chuyển động là
chuyển động chính và chuyển động chạy dao. Chuyển động chính trong quá trình
tiện là chuyển động quay tròn của phôi, còn khi phay chuyển động chính là chuyển
động quay của dao.
Chuyển động chính là chuyển động tạo ra tốc độ cắt.
Chuyển động chạy dao khi tiện là chuyển động tịnh tiến của dao theo phương
dọc hoặc phương ngang.
Chuyển động chạy dao khi phay là chuyển động tịnh tiến của bàn máy mang
vật gia công theo phương dọc, ngang hoặc thẳng đứng.
Tốc độ của chuyển động chính luôn lớn hơn tốc độ của chuyển động chạy
dao. Trong quá trình cắt kim loại, các bề mặt mới được hình thành do các lớp bề
mặt biến dạng và được hớt dần với sự tạo thành phoi. Phôi và dao được kẹp chặt
trên máy. Khi cắt vật liệu dẻo, người ta phân biệt các giai đoạn hình thành phoi như
sau: Khi mới bắt đầu cắt, dao và chi tiết tiếp xúc với nhau, sau đó lưỡi dao ăn sâu
vào kim loại làm vật liệu bị dồn ép. Sự lún sâu của lưỡi dao vào vật liệu sẽ thắng
lực liên kết giữa lớp kim loại bị hớt đi và phần kim loại còn lại. Hiện tượng này dẫn
đến sự trượt phân tử phoi đầu tiên. Sau đó dao tiếp tục chuyển động và tách những
phân tử phoi tiếp theo khỏi kim loại chính. Từ đó phoi được hình thành và thực hiện
quá trình cắt gọt.
1.1.2. Một số vấn đề gia công phay:
Phay là phương pháp gia công cắt gọt, trong đó dụng cụ cắt quay tròn tạo ra
chuyển động cắt, chuyển động tịnh tiến của dao thường do bàn máy đảm nhiệm,
cũng có khi do cả dao và máy kết hợp. Khác với tiện và khoan, các lưỡi cắt của dao
phay không tham gia liên tục nên phoi ngắn hơn, gián đoạn nên xuất hiện va đập

4



g. Phay mặt phẳng bậc bằng dao phay mặt đầu trên máy

mặt đầu trên máy phay đứng

phay ngang

Hình 1. 2 - Các bề mặt gia công và1 số loại dao trên máy phay
Dao phay có cấu tạo bởi nhiều lưỡi cắt nên lực cắt dao động và lưỡi cắt chịu
va đập gây ra rung động trong quá trình phay, vì thế máy phay phải có độ bền vững
cao. Dao phay có nhiều loại khác nhau tùy theo công nghệ và theo công dụng như:
Dao phay trụ, dao phay mặt đầu, dao phay đĩa, dao phay ngón, dao phay lăn răng,
dao phay định hình.v.v...
Dao phay có thể chế tạo liền hoặc rời phần thân với phần cắt. Trong trường
hợp này các mảnh dao còn gọi là các mảnh quay được chế tạo theo tiêu chuẩn và
được kẹp vào đầu dao nhờ cơ cấu kẹp chặt bằng vít. Mỗi mảnh quay có thể có nhiều
lưỡi cắt.
1.1.3. K t cấu dao phay.
Quá trình phay được thực hiện bằng một loại dụng cụ cắt mà ta gọi là dao
phay. Các răng của dao phay có thể xếp đặt trên bề mặt hình trụ và cũng có thể nằm
ở mặt đầu. Mỗi một răng của dao phay là một lưỡi dao tiện đơn giản (Hình 1.3).
Thông thường thì dao phay là dụng cụ cắt có nhiều răng, nhưng đôi khi người ta sử
dụng dao phay có một răng duy nhất.
Phần cắt của dao phay được chế tạo từ thép các bon, thép gió, hợp kim cứng
và vật liệu sứ…

6


1) Bề mặt, lưỡi cắt và các yếu tố khác


công. Ở dao phay hình trụ, lưỡi cắt chính có thể thẳng (theo đường sinh của hình
trụ), nghiêng so với đường sinh hoặc có dạng đường xoắn ốc. Ở dao phay mặt đầu
cũng giống như dao tiện, người ta phân biệt, lưỡi dao chính là lưỡi cắt nghiêng một
góc so với trục của dao phay. Lưỡi cắt phụ, là lưỡi cắt nằm ở mặt đầu của dao phay.
Lưỡi cắt chuyển tiếp là lưỡi cắt nối các lưỡi cắt chính và lưỡi cắt phụ với nhau.

7


2) Hình dạng và các yếu tố của răng dao phay
Dựa theo bề mặt được mài của dao phay, người ta chia kết cấu của răng ra
làm hai loại:
- Răng nhọn là răng được mài theo mặt sau (hình 1.4a)
- Răng tù là răng chỉ được mài theo mặt trước (hình 1.4b)
Người ta phân biệt các thành phần của răng dao phay như sau:
- Chiều cao (h) là khoảng cách giữa lưỡi cắt và đáy của rãnh đo trong tiết
diện hướng kính vuông góc với đường tâm của dao (hình 1.5)
- Bề rộng mặt sau của răng là khoảng cách giữa lưỡi cắt và đường giao nhau
của mặt sau với lưng của răng đo trong phương vuông góc với lưỡi cắt (mép 3 hình
1.3)
- Bước vòng của răng là khoảng cách giữa các điểm tương ứng trên lưỡi cắt
của hai răng liền nhau được đo theo cung tròn với tâm nằm trên trục dao và trong
mặt phẳng vuông góc với trục này. Bước vòng của dao phay có thể bằng nhau và
cũng có thể không bằng nhau.
- Lượng hớt lưng (k) là khoảng cách hạ thấp của đường cong hớt lưng giữa
hai lưỡi của hai răng kề nhau.

Hình 1.4 - Các dạng răng của dao phay

8

2) Phay thuận.
Phay thuận là quá trình khi phay chiều chuyển động của dao phay và chi tiết
trùng nhau.
1.1.5. Các y u tố của ch độ cắt khi phay
1) Tốc độ cắt chính
Chuyển động cắt chính khi phay là chuyển động quay tròn của dụng cụ cắt với
tốc độ lớn để tạo phoi và góp phần hình thành bề mặt gia công. Thông số đặc trưng
của chuyển động cắt chính là tốc độ cắt v.
Tốc độ cắt v: là quãng đường mà một điểm trên lưỡi cắt chính ở cách trục quay xa
nhất đi được trong một phút, công thức tính tốc độ cắt có dạng như sau:

v

 .D.n

(1.1)

1000

Khi cần xác định số vòng quay của dao phay trong một phút ta có công thức

n

2) Lƣợng chạy dao

1000v
D

(1.2)


Là kích thước lớp cắt đo theo phương vuông góc với trục dao ứng với góc tiếp
xúc Ψ
5) Chiều rộng phay (B)
Là kích thước lớp cắt đo theo phương trục dao ứng với góc tiếp xúc Ψ
6) Xác định công suất cắt:
Công suất được tính theo công thức:
Nc =

Pz v
1020.60

(Kw)

(1.5)

Qua một số phép tính trung gian, người ta đã xây dựng được công thức tổng
quát để tính lực và công suất cắt phụ thuộc vào các thông số công nghệ như sau:
Thay vào công thức giá trị Pztb và v =  .D. n/ 1000 ta được:
Nc = C.B 2m. t(m + 1). Z.(sin)m/6,12. 107.Dm.  m (Kw) (1.6)
Từ công thức trên ta có thể viết gọn như sau:
Pz = Cp. B. z.sz.yp. txp. Dqp

(N)

Nc = CN. B Z. SzYN. TXN. n.DqN

12

(1.7)
(Kw)

Khi thay đổi các thông số hình học của dao thì lực cắt cũng thay đổi theo.
Lực cắt và công suất cắt giảm đáng kể khi tăng góc trước  . Ở phay nghịch khi
cạnh cắt của răng cắt vào kim loại gia công , bóc phoi bắt đầu từ a = 0 thì độ sắc của

13


cạnh có ý nghĩa rất lớn. Bằng thực nghiệm người ta thấy rằng, khi làm việc nếu dao
bị mòn lực cắt và công suất cắt nâng lên 40% so với trạng thái làm việc khi dao
được mài sắc.
Khi tăng góc trước, không những làm phoi biến dạng ít mà còn làm phoi dễ
trượt và dễ thoát trên mặt trước, việc làm lực cắt giảm xuống. Ảnh hưởng của thay
đổi góc trước đối với lực pn lớn hơn so với lực cắt pz.
Góc nghiêng chính  tăng dẫn đến diện tích cắt sẽ giảm đi, do vậy lực cắt
cũng giảm đi.
Trong thực tế tính toán, người ta thường đưa vào các hệ số điều chỉnh k  và
k  để kể đến ảnh hưởng của các thông số hình học của dao đến lực cắt khi phay.
4) Ảnh hưởng của vật liệu dao và vật liệu gia công đến lực cắt khi phay.
* Ảnh hưởng của vật liệu gia công:
Tính chất cơ lý của vật liệu gia công có ảnh hưởng nhiều đến lực cắt, khi gia
công vật liệu giòn thì lực cắt thấp hơn vật liệu dẻo.
* Ảnh hưởng của vật liệu dao.
Ảnh hưởng của vật liệu làm dao đến lực cắt chủ yếu là do sự thay đổi của hệ
số ma sát. Đối với dao làm bằng hợp kim cứng thì lực cắt sản sinh ra nhỏ hơn khi
dùng dao làm bằng thép gió.
5) Ảnh hưởng của điều kiện cắt đến lực cắt trong quá trình phay:
* Ảnh hưởng của độ mòn dao:
Độ mòn dao làm tăng bề mặt tiếp xúc của dao trên các bề mặt làm việc, làm
tăng bán kính mũi dao, giảm các góc ở bộ phận cắt (góc sau, góc trước) . Do đó khi
dao bị mòn lực cắt tăng lên rõ rệt. Sự thay đổi của lực cắt còn phụ thuộc vào trạng

của phoi và công suất tiêu hao cho việc cắt gọt.
Thông thường độ mòn dụng cụ cắt xảy ra không đồng đều dọc cạnh cắt.
Thường mòn nhanh ở đỉnh và đoạn tiếp xúc giữa cạnh cắt và bề mặt gia công. Mòn
nhanh cạnh cắt ở đoạn tiếp xúc với bề mặt gia công do hóa cứng ở bề mặt này, do
lần gia công trước hay do có lớp vỏ cứng, bề mặt vùng mòn nhanh có thể biểu hiện
ở bề dày của lớp bị hóa cứng.

15


1.1.8. Tiêu chuẩn mòn dụng cụ:
Mài mòn mặt sau là dạng mài mòn chủ yếu và dễ đo nhất. Do đó thường
dùng h3 - kích thước chiều cao của diện tích mài mòn theo mặt sau làm tiêu chuẩn
đánh giá mài mòn.
Trị số h3 - được gọi là độ mòn cho phép hoặc tiêu chuẩn mài mòn.
Trong thực tế việc xác định chuẩn hợp lý về độ mòn dao có ý nghĩa quan
trọng. Chuẩn này được xác lập có tính đến độ chính xác và độ bóng cần thiết của bề
mặt gia công, dạng dụng cụ, kích thước và vật liệu của chi tiết gia công. Người ta
xác định chuẩn quy ước cùn dao khi đạt đến giới hạn thì nó được dùng để mài sắc
lại. Cùn dụng cụ cắt là sự mài mòn có liên quan đến các yếu tố công nghệ mang tính
quy luật mà thực tế có thể đo đạc được. Các điều kiện này tương ứng với mòn dụng
cụ ở bề mặt sau.
Khi gia công thô có phoi lớn, tốc độ cắt nhỏ, mòn cho phép ở mặt sau có thể
cao hơn, khi gia công thép dao mòn ít ở mặt sau và mòn nhiều ở mặt trước. Khi gia
công gang thì hiện tượng ngược lại dao mòn nhiều ở mặt sau.
Đối với gia công tinh cần đảm bảo độ chính xác của sản phẩm trên cả chiều
dài của nó, do đó độ mòn dao hợp lý không nên lấy theo thời gian làm việc của dao
mà lấy theo đường đi của dao hoặc theo đơn vị chiều dài của chi tiết gia công. Điều
này cho phép đánh giá đúng hơn chất lượng sử dụng và khả năng của dụng cụ. Khi
gia công tinh các chi tiết lớn không nên chia công việc thành bước mà nên xác lập

ma sát tăng, dẫn tới nhiệt cắt tăng nhưng với mức độ chậm hơn so với tăng tốc độ
cắt.
- Khi áp lực của phoi lên dao tăng, hệ số có rút phoi giảm, tổng công biến dạng
tính cho 1 đơn vị thể tích giảm. Mặt khác do tăng lượng nhiệt chạy dao, chiều dày
dao lớn lên nên điều kiện truyền nhiệt tốt hơn đồng thời diện tích tiếp xúc giữa dao
và phoi mở rộng, khiến cho tăng lượng chạy dao, nhiệt cắt tăng lên nhưng không
tăng theo tỷ lệ thuận.
- Chiều sâu cắt t0 ảnh hưởng đến nhiệt cắt ít hơn lượng chạy dao s. Khi tăng
chiều sâu cắt t0 một mặt tải trọng trên đơn vị chiều dài lưỡi cắt không đổi mặt khác
khi tăng t0 do góc không đổi nên phần chiều dài phần làm việc của lưỡi cắt tuy có
tăng nhưng điều kiện truyền nhiệt lại tốt hơn, kết quả nhiệt chạy ít .

17


- Khi cắt vật liệu giòn, do công biến dạng bé và lực cắt đơn vị không đáng kể
nên nhiệt cắt thấp hơn vật liệu dẻo.
- Nhiệt cắt phụ thuộc vào nhiệt dung, đặc biệt phụ thuộc vào tính dẫn nhiệt
của vật liệu làm dao và vật liệu gia công.
- Tăng góc cắt, lực cắt tăng dẫn đến nhiệt cắt tăng, nhưng khi đó góc tăng,
điều kiện truyền nhiệt lại tốt hơn. Do đó khi tăng góc cắt nhiệt cắt tăng nhưng
không tăng tỷ lệ thuận.
- Tăng góc nghiêng chính, tải trọng có tăng dẫn đến nhiệt cắt tăng nhưng khi
đó chiều dài lưỡi cắt tham gia cắt tăng lên, điều kiện thoát nhiệt tốt hơn với mức độ
cao hơn khi tăng tải trọng, do đó nhiệt cắt lại giảm.
- Dung dịch trơn nguội có tác dụng giảm nhiệt cắt rõ rệt. Ngoài tác dụng làm
nguội còn có tác dụng bôi trơn làm giảm ma sát trong quá trình cắt.
2) Hiện tượng rung động trong quá trình cắt.
Rung động trong suốt quá trình cắt ảnh hưởng nhiều đến độ chính xác và độ
bền của dao và năng suất gia công.

4)Tuổi bền và tốc độ cắt khi phay.
Tuổi bền của dao phay là khoảng thời gian giữa hai lần mài lại sau khi mặt sau
đã mòn đến giới hạn cho phép.
Tuổi bền của dao phay thay đổi trong phạm vi tương đối rộng, nó phụ thuộc
vào các yếu tố: tốc độ cắt, kiểu dao, đường kính dao và dạng gia công .
Giữa tốc độ cắt và tuổi bền có quan hệ như sau:
V=

A
Tm

(1.9)

Đối với dao thép gió

m = 0,15 đến 0,33

Đối với dao phay hợp kim cứng

m = 0,2 đến 0,6

Tốc độ cắt phụ thuộc vào tuổi bền được tính bằng công thức sau:
V=

C v .D q v
.K v (m/ ph)
T m .t x v syZv B U v Z p v

(1.10)


- Theo phương pháp kẹp chặt : Dao có lỗ, dao phay ngón, dao phay có đuôi
hình trụ hoặc có đuôi hình côn.
Ngoài phân loại dao theo tính năng công nghệ, đặc điểm cấu tạo người ta còn
dựa theo khả năng làm việc và hiệu quả sử dụng để chế tạo loại dao phay kiểu mới.
* Dao phay kiểu mới:
Kết cấu của dao phay ảnh hưởng
lớn tới khả năng làm việc của dao và
hiệu quả sử dụng chúng. Phương hướng

20