Phay (Milling)

Nguyên lý hoạt động

Dao phay quay với tốc độ $n$ (vòng/phút) hoặc $\omega$ (rad/s) cắt vật liệu bằng các lưỡi cắt. Phôi được kẹp chặt và di chuyển theo một đường dẫn được điều khiển bằng máy phay CNC hoặc bằng tay. Sự tương tác giữa chuyển động quay của dao và chuyển động tịnh tiến của phôi tạo ra quá trình cắt gọt. Lượng vật liệu được loại bỏ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tốc độ quay của dao, tốc độ cắt $v_c$, tốc độ tiến dao $f$, chiều sâu cắt $a_p$, loại dao phay, vật liệu phôi và chất làm nguội. Cụ thể hơn, tốc độ cắt $v_c$ (m/phút) được tính bằng công thức: $v_c = \pi d n / 1000$, trong đó $d$ là đường kính dao (mm) và $n$ là tốc độ quay của dao (vòng/phút). Tốc độ tiến dao $f$ (mm/phút) là tốc độ di chuyển của phôi so với dao. Chiều sâu cắt $a_p$ (mm) là độ dày lớp vật liệu bị loại bỏ trong mỗi lần cắt. Việc lựa chọn các thông số cắt phù hợp rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả gia công và tuổi thọ của dao.

Các loại phay

Phay có thể được phân loại theo nhiều cách, bao gồm:

• Theo hướng của lưỡi cắt:
  • Phay thuận: Dao quay cùng chiều với chiều chuyển động của phôi tại điểm tiếp xúc. Tạo ra phoi mỏng dần về cuối, giảm lực cắt và tăng tuổi thọ dao.
  • Phay nghịch: Dao quay ngược chiều với chiều chuyển động của phôi tại điểm tiếp xúc. Tạo ra phoi dày dần về cuối, lực cắt lớn hơn nhưng bề mặt gia công tốt hơn.
• Theo hình dạng và mục đích sử dụng dao:
  • Phay mặt: Tạo ra bề mặt phẳng.
  • Phay rãnh: Tạo ra rãnh hoặc khe hở. Bao gồm phay rãnh chữ T, phay rãnh then, v.v.
  • Phay ngón: Dùng để gia công các hình dạng phức tạp, khuôn mẫu.
  • Khoan: Mặc dù kỹ thuật khác nhau, khoan cũng có thể được thực hiện trên máy phay bằng dao khoan.
• Theo phương pháp phay:
  • Phay chu vi: Dao phay quay và phôi di chuyển theo phương vuông góc với trục dao. Còn được gọi là phay ngoại biên.
  • Phay mặt đầu: Dao phay quay và phôi di chuyển theo phương song song với trục dao.

Ưu điểm của phay

• Độ chính xác cao: Có thể tạo ra các chi tiết với dung sai chặt chẽ.
• Tính linh hoạt: Có thể gia công nhiều loại vật liệu và hình dạng phức tạp.
• Năng suất cao: Đặc biệt là với máy phay CNC.
• Bề mặt gia công tốt: Có thể đạt được độ bóng bề mặt cao.

Nhược điểm của phay

• Chi phí thiết bị cao: Máy phay, đặc biệt là máy CNC, có giá thành cao.
• Yêu cầu kỹ năng vận hành: Cần kỹ năng và kiến thức để vận hành máy phay hiệu quả.
• Có thể tạo ra rung động: Vấn đề rung động có thể ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt và tuổi thọ dao. Việc lựa chọn thông số cắt phù hợp, sử dụng dao chất lượng cao và đảm bảo độ cứng vững của hệ thống máy-dao-phôi là rất quan trọng để giảm thiểu rung động.

Ứng dụng của phay

Phay được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm:

• Chế tạo máy: Sản xuất các bộ phận máy móc, động cơ.
• Gia công khuôn mẫu: Tạo ra khuôn cho các sản phẩm nhựa, kim loại.
• Sản xuất ô tô: Gia công các bộ phận của ô tô, xe máy.
• Hàng không vũ trụ: Sản xuất các bộ phận máy bay, tàu vũ trụ.
• Y tế: Chế tạo các bộ phận giả, dụng cụ y tế.

Công thức liên quan

• Tốc độ cắt: $v_c = \pi d n / 1000$ (m/phút) trong đó $d$ là đường kính dao (mm), $n$ là tốc độ quay (vòng/phút).
• Tốc độ tiến dao trên mỗi răng: $f_z = f / zn$ (mm/răng) trong đó $f$ là tốc độ tiến dao (mm/phút), $z$ là số răng dao.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phay

Hiệu quả và chất lượng của quá trình phay phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:

• Vật liệu phôi: Độ cứng, độ dai, tính dẫn nhiệt của vật liệu phôi ảnh hưởng đến việc lựa chọn các thông số cắt gọt.
• Dao phay: Hình dạng dao, vật liệu dao, số răng, lớp phủ dao ảnh hưởng đến tốc độ cắt, tốc độ tiến dao và chất lượng bề mặt.
• Thông số cắt gọt: Tốc độ quay dao ($n$), tốc độ tiến dao ($f$), chiều sâu cắt ($a_p$) cần được tối ưu hóa để đạt được năng suất và chất lượng mong muốn.
• Chất làm nguội: Chất làm nguội giúp làm mát dao, bôi trơn quá trình cắt và loại bỏ phoi, từ đó kéo dài tuổi thọ dao và cải thiện chất lượng bề mặt.
• Độ cứng vững của hệ thống: Độ cứng vững của máy phay, đồ gá và phôi ảnh hưởng đến độ chính xác và độ rung động trong quá trình gia công.

Máy phay CNC

Máy phay CNC (Computer Numerical Control) là loại máy phay hiện đại được điều khiển bằng máy tính. Máy phay CNC có thể gia công các hình dạng phức tạp với độ chính xác cao và năng suất vượt trội so với máy phay thông thường. Chương trình gia công được viết bằng ngôn ngữ lập trình chuyên dụng (ví dụ: G-code) và được nạp vào bộ điều khiển của máy.

Các loại dao phay phổ biến

• Dao phay mặt đầu: Sử dụng để phay mặt phẳng, phay bậc.
• Dao phay ngón: Dùng để phay rãnh, phay contour, gia công khuôn mẫu.
• Dao phay cầu: Dùng để gia công bề mặt cong 3D.
• Dao phay rãnh then: Dùng để phay rãnh then.

Lựa chọn thông số cắt

Việc lựa chọn thông số cắt tối ưu là rất quan trọng để đạt được hiệu quả gia công cao nhất. Các thông số cắt cần được lựa chọn dựa trên vật liệu phôi, loại dao phay và yêu cầu về chất lượng bề mặt. Có nhiều phần mềm và tài liệu tham khảo giúp xác định thông số cắt phù hợp.

An toàn trong phay

Phay là một quá trình gia công tiềm ẩn nhiều nguy hiểm. Cần tuân thủ các quy tắc an toàn khi vận hành máy phay, bao gồm:

• Mang kính bảo hộ, quần áo bảo hộ lao động.
• Kiểm tra máy móc và đồ gá trước khi vận hành.
• Không được chạm vào dao phay khi máy đang hoạt động.
• Sử dụng đồ gá chắc chắn để giữ phôi.
• Vệ sinh khu vực làm việc sạch sẽ.

• Kalpakjian, S., & Schmid, S. R. (2008). Manufacturing engineering and technology. Pearson Education.
• Groover, M. P. (2010). Fundamentals of modern manufacturing: Materials, processes, and systems. John Wiley & Sons.
• Degarmo, E. P., Black, J T., & Kohser, R. A. (2003). Materials and processes in manufacturing. John Wiley & Sons.

Câu hỏi và Giải đáp

Sự khác biệt chính giữa phay thuận và phay nghịch là gì, và khi nào nên sử dụng từng loại?

Trả lời: Sự khác biệt chính nằm ở hướng quay của dao so với chiều chuyển động của phôi. Trong phay thuận, dao quay cùng chiều với chiều chuyển động của phôi tại điểm tiếp xúc, tạo ra phoi mỏng dần. Trong phay nghịch, dao quay ngược chiều, tạo ra phoi dày dần. Phay thuận thường được ưu tiên vì lực cắt nhỏ hơn, giảm rung động và tăng tuổi thọ dao. Phay nghịch tạo ra bề mặt gia công tốt hơn nhưng lực cắt lớn, dễ gây rung động, thường dùng cho vật liệu dễ gia công và máy có độ cứng vững cao.

Làm thế nào để tính toán tốc độ cắt $v_c$ khi biết đường kính dao $d$ và tốc độ quay $n$?

Trả lời: Tốc độ cắt $v_c$ được tính bằng công thức: $v_c = \pi d n / 1000$ (m/phút), trong đó $d$ là đường kính dao (mm) và $n$ là tốc độ quay (vòng/phút).

Tại sao việc lựa chọn chất làm nguội lại quan trọng trong quá trình phay?

Trả lời: Chất làm nguội đóng vai trò quan trọng trong việc làm mát dao, bôi trơn quá trình cắt và loại bỏ phoi. Việc sử dụng chất làm nguội phù hợp giúp kéo dài tuổi thọ dao, cải thiện chất lượng bề mặt gia công, và giảm ma sát, nhiệt độ trong quá trình cắt.

Ưu điểm của máy phay CNC so với máy phay thông thường là gì?

Trả lời: Máy phay CNC (Computer Numerical Control) được điều khiển bằng máy tính, cho phép tự động hóa quá trình gia công. Ưu điểm của máy phay CNC bao gồm: độ chính xác cao hơn, khả năng gia công hình dạng phức tạp, năng suất cao hơn, giảm thời gian thiết lập, và khả năng lặp lại cao.

Kể tên một số rủi ro an toàn thường gặp khi vận hành máy phay và cách phòng tránh?

Trả lời: Một số rủi ro an toàn thường gặp bao gồm: phoi bắn vào mắt hoặc da, tóc bị cuốn vào dao quay, va chạm với dao hoặc các bộ phận chuyển động của máy. Để phòng tránh, cần mang kính bảo hộ, quần áo bảo hộ, buộc tóc gọn gàng, kiểm tra máy móc và đồ gá trước khi vận hành, không chạm vào dao khi máy đang hoạt động, và sử dụng đồ gá chắc chắn để giữ phôi.