I. Nguyên lý và các yếu tố ảnh hưởng đến phay leo và phay thông thường trên máy phay CNC
(A) Nguyên lý và các ảnh hưởng liên quan của quá trình nghiền leo
Trong quá trình gia công máy phay CNC, phay leo là một phương pháp phay đặc biệt. Khi hướng quay của chi tiết mà dao phay tiếp xúc với phôi giống với hướng tiến dao của phôi thì được gọi là phay leo. Phương pháp phay này liên quan chặt chẽ đến đặc điểm cấu trúc cơ khí của máy phay, đặc biệt là khe hở giữa đai ốc và trục vít. Trong trường hợp phay leo, do lực thành phần phay ngang sẽ thay đổi và có khe hở giữa trục vít và đai ốc, điều này sẽ khiến bàn làm việc và trục vít di chuyển sang trái và phải. Chuyển động tuần hoàn này là một vấn đề quan trọng mà phay leo phải đối mặt, khiến chuyển động của bàn làm việc cực kỳ không ổn định. Hư hỏng cho dụng cụ cắt do chuyển động không ổn định này là rõ ràng và dễ gây hư hỏng cho răng của dụng cụ cắt.
Trong quá trình gia công máy phay CNC, phay leo là một phương pháp phay đặc biệt. Khi hướng quay của chi tiết mà dao phay tiếp xúc với phôi giống với hướng tiến dao của phôi thì được gọi là phay leo. Phương pháp phay này liên quan chặt chẽ đến đặc điểm cấu trúc cơ khí của máy phay, đặc biệt là khe hở giữa đai ốc và trục vít. Trong trường hợp phay leo, do lực thành phần phay ngang sẽ thay đổi và có khe hở giữa trục vít và đai ốc, điều này sẽ khiến bàn làm việc và trục vít di chuyển sang trái và phải. Chuyển động tuần hoàn này là một vấn đề quan trọng mà phay leo phải đối mặt, khiến chuyển động của bàn làm việc cực kỳ không ổn định. Hư hỏng cho dụng cụ cắt do chuyển động không ổn định này là rõ ràng và dễ gây hư hỏng cho răng của dụng cụ cắt.
Tuy nhiên, phay leo dốc cũng có những ưu điểm riêng. Hướng của lực thành phần phay đứng trong quá trình phay leo dốc là ép phôi lên bàn gia công. Trong trường hợp này, hiện tượng trượt và ma sát giữa răng của dụng cụ cắt và bề mặt gia công tương đối nhỏ. Điều này có ý nghĩa rất lớn đối với quá trình gia công. Thứ nhất, nó có lợi cho việc giảm độ mòn của răng dụng cụ cắt. Giảm độ mòn của răng dụng cụ cắt có nghĩa là có thể kéo dài tuổi thọ của dụng cụ cắt, giảm chi phí gia công. Thứ hai, ma sát tương đối nhỏ này có thể làm giảm hiện tượng biến cứng do làm việc. Biến cứng do làm việc sẽ làm tăng độ cứng của vật liệu phôi, điều này không có lợi cho các quá trình gia công tiếp theo. Giảm biến cứng do làm việc giúp đảm bảo chất lượng gia công của phôi. Ngoài ra, phay leo dốc còn có thể làm giảm độ nhám bề mặt, làm cho bề mặt của phôi gia công mịn hơn, điều này rất có lợi cho việc gia công các phôi có yêu cầu cao về chất lượng bề mặt.
Cần lưu ý rằng việc áp dụng phay leo có một số hạn chế nhất định. Khi khe hở giữa vít và đai ốc của bàn làm việc có thể được điều chỉnh nhỏ hơn 0,03 mm, ưu điểm của phay leo có thể được phát huy tốt hơn vì vấn đề chuyển động có thể được kiểm soát hiệu quả tại thời điểm này. Ngoài ra, khi phay các chi tiết mỏng và dài, phay leo cũng là một lựa chọn tốt hơn. Các chi tiết mỏng và dài đòi hỏi điều kiện gia công ổn định hơn trong quá trình gia công. Lực thành phần thẳng đứng của phay leo giúp cố định chi tiết và giảm các vấn đề như biến dạng trong quá trình gia công.
(B) Nguyên tắc và ảnh hưởng liên quan của quá trình xay xát thông thường
Phay thông thường ngược lại với phay leo. Khi hướng quay của chi tiết nơi dao phay tiếp xúc với phôi khác với hướng chạy dao của phôi, thì được gọi là phay thông thường. Trong quá trình phay thông thường, hướng của lực thành phần phay thẳng đứng là nâng phôi lên, điều này sẽ làm tăng khoảng cách trượt giữa răng của dụng cụ cắt và bề mặt gia công, đồng thời tăng ma sát. Lực ma sát tương đối lớn này sẽ gây ra một loạt vấn đề, chẳng hạn như tăng độ mòn của dụng cụ cắt và làm cho hiện tượng cứng hóa bề mặt gia công trở nên nghiêm trọng hơn. Sự cứng hóa bề mặt gia công sẽ làm tăng độ cứng bề mặt, giảm độ dẻo dai của vật liệu và có thể ảnh hưởng đến độ chính xác và chất lượng bề mặt của các quá trình gia công tiếp theo.
Phay thông thường ngược lại với phay leo. Khi hướng quay của chi tiết nơi dao phay tiếp xúc với phôi khác với hướng chạy dao của phôi, thì được gọi là phay thông thường. Trong quá trình phay thông thường, hướng của lực thành phần phay thẳng đứng là nâng phôi lên, điều này sẽ làm tăng khoảng cách trượt giữa răng của dụng cụ cắt và bề mặt gia công, đồng thời tăng ma sát. Lực ma sát tương đối lớn này sẽ gây ra một loạt vấn đề, chẳng hạn như tăng độ mòn của dụng cụ cắt và làm cho hiện tượng cứng hóa bề mặt gia công trở nên nghiêm trọng hơn. Sự cứng hóa bề mặt gia công sẽ làm tăng độ cứng bề mặt, giảm độ dẻo dai của vật liệu và có thể ảnh hưởng đến độ chính xác và chất lượng bề mặt của các quá trình gia công tiếp theo.
Tuy nhiên, phay thông thường cũng có những ưu điểm riêng. Hướng của lực thành phần phay ngang trong quá trình phay thông thường ngược với hướng chuyển động tiến dao của phôi. Đặc điểm này giúp vít và đai ốc ăn khớp chặt chẽ. Trong trường hợp này, chuyển động của bàn làm việc tương đối ổn định. Khi phay các phôi có độ cứng không đồng đều như đúc và rèn, nơi có thể có lớp vỏ cứng trên bề mặt và các tình huống phức tạp khác, độ ổn định của phay thông thường có thể làm giảm độ mài mòn của răng dụng cụ cắt. Bởi vì khi gia công các phôi như vậy, dụng cụ cắt cần chịu được lực cắt tương đối lớn và các điều kiện cắt phức tạp. Nếu chuyển động của bàn làm việc không ổn định, nó sẽ làm trầm trọng thêm hư hỏng của dụng cụ cắt và phay thông thường có thể khắc phục tình trạng này ở một mức độ nhất định.
II. Phân tích chi tiết đặc điểm của phay leo và phay thông thường trên máy phay CNC
(A) Phân tích chuyên sâu về đặc điểm của phay leo
- Thay đổi độ dày cắt và quy trình cắt
Trong quá trình phay leo dốc, độ dày cắt của mỗi răng của dụng cụ cắt cho thấy một mô hình tăng dần từ nhỏ đến lớn. Khi răng của dụng cụ cắt vừa tiếp xúc với phôi, độ dày cắt bằng không. Điều này có nghĩa là răng của dụng cụ cắt trượt trên bề mặt cắt do răng trước đó của dụng cụ cắt để lại trong giai đoạn ban đầu. Chỉ khi răng của dụng cụ cắt trượt một khoảng cách nhất định trên bề mặt cắt này và độ dày cắt đạt đến một giá trị nhất định, thì răng của dụng cụ cắt mới thực sự bắt đầu cắt. Cách thay đổi độ dày cắt này khác đáng kể so với phay thông thường. Trong cùng điều kiện cắt, phương pháp bắt đầu cắt độc đáo này có tác động quan trọng đến độ mài mòn của dụng cụ cắt. Vì răng của dụng cụ cắt có quá trình trượt trước khi bắt đầu cắt nên tác động lên lưỡi cắt của dụng cụ cắt tương đối nhỏ, có lợi cho việc bảo vệ dụng cụ cắt. - Đường cắt và độ mòn dụng cụ
So với phay thông thường, đường đi của răng dụng cụ cắt trên phôi trong quá trình phay leo ngắn hơn. Điều này là do phương pháp cắt của phay leo làm cho đường tiếp xúc giữa dụng cụ cắt và phôi trực tiếp hơn. Trong những trường hợp như vậy, trong cùng điều kiện cắt, độ mòn của dụng cụ cắt khi sử dụng phay leo tương đối nhỏ. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng phay leo không phù hợp với tất cả các phôi. Vì răng của dụng cụ cắt bắt đầu cắt từ bề mặt của phôi mỗi lần, nếu có lớp vỏ cứng trên bề mặt phôi, chẳng hạn như một số phôi sau khi đúc hoặc rèn mà không được xử lý, thì phay leo không phù hợp. Vì độ cứng của lớp vỏ cứng tương đối cao, nó sẽ có tác động tương đối lớn đến răng của dụng cụ cắt, đẩy nhanh quá trình mài mòn của dụng cụ cắt và thậm chí có thể làm hỏng dụng cụ cắt. - Biến dạng cắt và tiêu thụ điện năng
Độ dày cắt trung bình trong quá trình phay leo dốc lớn, khiến biến dạng cắt tương đối nhỏ. Biến dạng cắt nhỏ có nghĩa là sự phân bố ứng suất và biến dạng của vật liệu phôi trong quá trình cắt đồng đều hơn, giảm thiểu các vấn đề gia công do ứng suất tập trung cục bộ gây ra. Đồng thời, so với phay thông thường, mức tiêu thụ điện năng của phay leo dốc thấp hơn. Điều này là do sự phân bố lực cắt giữa dụng cụ cắt và phôi trong quá trình phay leo dốc hợp lý hơn, giảm thiểu tổn thất năng lượng không cần thiết và cải thiện hiệu suất gia công. Trong môi trường sản xuất hoặc gia công quy mô lớn có yêu cầu về tiêu thụ năng lượng, đặc điểm này của phay leo dốc có ý nghĩa kinh tế quan trọng.
(B) Phân tích chuyên sâu về đặc điểm của phương pháp xay xát thông thường
- Độ ổn định của chuyển động bàn làm việc
Trong quá trình phay thông thường, do hướng lực cắt ngang do dao phay tác dụng lên phôi ngược với hướng di chuyển của phôi, nên trục vít và đai ốc của bàn máy luôn có thể giữ một bên ren tiếp xúc chặt chẽ. Đặc điểm này đảm bảo độ ổn định tương đối của chuyển động bàn máy. Trong quá trình gia công, chuyển động ổn định của bàn máy là một trong những yếu tố then chốt đảm bảo độ chính xác gia công. So với phay leo dốc, trong quá trình phay leo dốc, do hướng của lực cắt ngang trùng với hướng di chuyển của phôi, khi lực tác dụng của răng dụng cụ cắt lên phôi tương đối lớn, do khe hở giữa trục vít và đai ốc của bàn máy, bàn máy sẽ di chuyển lên xuống. Chuyển động này không chỉ làm mất ổn định quá trình cắt, ảnh hưởng đến chất lượng gia công của phôi mà còn có thể làm hỏng nghiêm trọng dụng cụ cắt. Do đó, trong một số trường hợp gia công có yêu cầu cao về độ chính xác gia công và yêu cầu nghiêm ngặt về bảo vệ dụng cụ, ưu điểm về độ ổn định của phay thông thường khiến nó trở thành lựa chọn phù hợp hơn. - Chất lượng bề mặt gia công
Trong quá trình phay thông thường, ma sát giữa răng của dụng cụ cắt và phôi tương đối lớn, đây là một đặc điểm nổi bật của phay thông thường. Ma sát tương đối lớn sẽ khiến hiện tượng cứng hóa bề mặt gia công trở nên nghiêm trọng hơn. Sự cứng hóa bề mặt gia công sẽ làm tăng độ cứng bề mặt, giảm độ dẻo dai của vật liệu và có thể ảnh hưởng đến độ chính xác và chất lượng bề mặt của các quy trình gia công tiếp theo. Ví dụ, trong một số quá trình gia công phôi đòi hỏi phải mài tiếp theo hoặc lắp ráp có độ chính xác cao, bề mặt nguội cứng sau khi phay thông thường có thể yêu cầu các quy trình xử lý bổ sung để loại bỏ lớp nguội cứng để đáp ứng các yêu cầu gia công. Tuy nhiên, trong một số trường hợp cụ thể, chẳng hạn như khi có yêu cầu nhất định về độ cứng bề mặt của phôi hoặc quá trình gia công tiếp theo không nhạy cảm với lớp nguội cứng bề mặt, thì đặc điểm này của phay thông thường cũng có thể được sử dụng.
III. Chiến lược lựa chọn phay leo và phay thông thường trong gia công thực tế
Trong gia công máy phay CNC thực tế, việc lựa chọn phay leo dốc hay phay thông thường cần cân nhắc toàn diện nhiều yếu tố. Trước hết, cần xem xét đặc tính vật liệu của phôi. Nếu độ cứng của vật liệu phôi tương đối cao và có lớp vỏ cứng trên bề mặt, chẳng hạn như một số chi tiết đúc và rèn, phay thông thường có thể là lựa chọn tốt hơn vì phay thông thường có thể giảm thiểu mài mòn dụng cụ cắt ở một mức độ nhất định và đảm bảo tính ổn định của quá trình gia công. Tuy nhiên, nếu độ cứng của vật liệu phôi đồng đều và yêu cầu chất lượng bề mặt cao, chẳng hạn như trong gia công một số chi tiết cơ khí chính xác, thì phay leo dốc có nhiều ưu điểm hơn. Nó có thể giảm độ nhám bề mặt một cách hiệu quả và cải thiện chất lượng bề mặt của phôi.
Trong gia công máy phay CNC thực tế, việc lựa chọn phay leo dốc hay phay thông thường cần cân nhắc toàn diện nhiều yếu tố. Trước hết, cần xem xét đặc tính vật liệu của phôi. Nếu độ cứng của vật liệu phôi tương đối cao và có lớp vỏ cứng trên bề mặt, chẳng hạn như một số chi tiết đúc và rèn, phay thông thường có thể là lựa chọn tốt hơn vì phay thông thường có thể giảm thiểu mài mòn dụng cụ cắt ở một mức độ nhất định và đảm bảo tính ổn định của quá trình gia công. Tuy nhiên, nếu độ cứng của vật liệu phôi đồng đều và yêu cầu chất lượng bề mặt cao, chẳng hạn như trong gia công một số chi tiết cơ khí chính xác, thì phay leo dốc có nhiều ưu điểm hơn. Nó có thể giảm độ nhám bề mặt một cách hiệu quả và cải thiện chất lượng bề mặt của phôi.
Hình dạng và kích thước của phôi cũng là những yếu tố quan trọng cần cân nhắc. Đối với phôi mỏng và dài, phay leo giúp giảm biến dạng phôi trong quá trình gia công vì lực thành phần thẳng đứng của phay leo có thể ép phôi tốt hơn lên bàn gia công. Đối với một số phôi có hình dạng phức tạp và kích thước lớn, cần xem xét toàn diện độ ổn định của chuyển động bàn gia công và độ mòn của dụng cụ cắt. Nếu yêu cầu về độ ổn định của chuyển động bàn gia công trong quá trình gia công tương đối cao, phay thông thường có thể là lựa chọn phù hợp hơn; nếu chú trọng hơn đến việc giảm độ mòn của dụng cụ cắt và cải thiện hiệu suất gia công, và trong điều kiện đáp ứng được yêu cầu gia công, có thể cân nhắc phay leo.
Ngoài ra, hiệu suất cơ học của bản thân máy phay cũng sẽ ảnh hưởng đến việc lựa chọn phay leo và phay thông thường. Nếu khe hở giữa trục vít và đai ốc của máy phay có thể được điều chỉnh chính xác đến một giá trị tương đối nhỏ, chẳng hạn như nhỏ hơn 0,03 mm, thì ưu điểm của phay leo có thể được phát huy tốt hơn. Tuy nhiên, nếu độ chính xác cơ học của máy phay bị hạn chế và vấn đề khe hở không thể được kiểm soát hiệu quả, phay thông thường có thể là lựa chọn an toàn hơn để tránh các vấn đề về chất lượng gia công và hư hỏng dụng cụ do chuyển động của bàn làm việc. Tóm lại, trong gia công máy phay CNC, phương pháp phay leo hoặc phay thông thường phù hợp nên được lựa chọn hợp lý theo yêu cầu gia công cụ thể và điều kiện thiết bị để đạt được hiệu quả gia công tốt nhất.