Tính toán THIẾT KẾ DAO PHAY LĂ N RĂNG

CHƯƠNG IINGUYÊN LÝ LÀM VIỆCNGUYÊN LÝ THIẾT KẾ DAO PHAY LĂ N RĂNGI. Nguyên lý làm việc.Dao phay lăn răng được dùng rất phổ biến trong công nghiệp, là một loại dụng cụ cắt được tiêu chuẩn hoá(GOCT 932460). Chủ yếu dùng để gia công các chi tiết có prôphin định hình như: bánh răng, bánh vít, ren, trục then hoa .. .Quá trình hình thành prôphin răng bánh răng bằng dao phay lăn răng tương tự như qt ăn khớp của bánh răng gia công với trục vít(trục vít được coi như bánh răng nghiêng và có số răng bằng số đầu mối của trục vít). Để tạo ra mặt trước của răng và các lưỡi cắt, trục vít được chế tạo có các rãnh dọc (thường là rãnh xoắn). Để tạo ra góc sau, các mặt sau của răng được hớt lưng.Theo nguyên lý ăn khớp, muốn cặp bánh răng nghiêng ăn khớp đúng thì các răng của chúng phải ăn khớp chính xác với cùng một thanh răng không gian(Hình 1).Muốn ăn khớp đúng, cả hai bánh răng phải có bước răng và góc prôphin trong tiết diện pháp tuyến với hướng răng bằng nhau. Đối với dao phay lăn răng (trục vít, bánh răng nghiêng) trong tiết diện thẳng góc với hướng xoắn vít của răng trên một trụ chia trung bình(đường tâm tích) phải có bước răng tU, góc prôphin aU, và môđun mU bằng bước răng t1, góc prôphin và môđun m1 của bánh răng gia công trong tiết diện pháp tuyến theo mặt trụ chia(vòng tròn tâm tích) của bánh răng.Tức là: tU=ti , aU=a1 , mU=m1.

Ch¬ng I: m« pháng

(defun c:de ()

(setvar "cmdecho" 0)

(setvar "highlight" 0)

(command "erase" "all" "")

(command "ucs" "restore" "phoi")

(command "insert" "phoi" '(0 0 0) "" "" "")

(setq phoi (ssget "l"))

(command "explode" phoi)

(setq ph1 (ssget "l"))

(command "ucs" "restore" "dao")

(command "insert" "dao" '(0 0 0) "" "" "")

(setq dao (ssget "l"))

(command "explode" dao)

(setq dao1 (ssget "l"))

(command "subtract" ph1 "" dao3 "" )

(command "move" dao3 "" '(0 0 0) '(0 0 -15))

( setq dao3 (ssget "l"))

(command "delay" 2000)

(command "copy" dao3 "" '(0 0 0) '( 0 15.71 -15)

"")

(setq dao3 (ssget "l"))

(command "subtract" ph1 "" dao3 "")

(command "move" dao3 "" '(0 0 0) '(0 0 15))

Nguyên lý làm việc nguyên lý thiết kế dao phay lă N răng

I Nguyên lý làm việc.

Dao phay lăn răng đợc dùng rất phổ biến trong công nghiệp, là một loạidụng cụ cắt đợc tiêu chuẩn hoá(ΓOCT 9324-60) Chủ yếu dùng để gia công cácchi tiết có prôphin định hình nh: bánh răng, bánh vít, ren, trục then hoa

Quá trình hình thành prôphin răng bánh răng bằng dao phay lăn răng tơng tự

nh qt ăn khớp của bánh răng gia công với trục vít(trục vít đợc coi nh bánh răngnghiêng và có số răng bằng số đầu mối của trục vít) Để tạo ra mặt trớc của răng

và các lỡi cắt, trục vít đợc chế tạo có các rãnh dọc (thờng là rãnh xoắn) Để tạo ragóc sau, các mặt sau của răng đợc hớt lng

Theo nguyên lý ăn khớp, muốn cặp bánh răng nghiêng ăn khớp đúng thì cácrăng của chúng phải ăn khớp chính xác với cùng một thanh răng khônggian(Hình 1)

Muốn ăn khớp đúng, cả hai bánh răng phải có bớc răng và góc prôphintrong tiết diện pháp tuyến với hớng răng bằng nhau Đối với dao phay lăn răng(trục vít, bánh răng nghiêng) trong tiết diện thẳng góc với hớng xoắn vít của răngtrên một trụ chia trung bình(đờng tâm tích) phải có bớc răng tU, góc prôphin αU,

và môđun mU bằng bớc răng t1, góc prôphin và môđun m1 của bánh răng gia côngtrong tiết diện pháp tuyến theo mặt trụ chia(vòng tròn tâm tích) của bánh răng.Tức là:

tU=ti , αU=α1 , mU=m1

Hình 1: Sự hình thành prôphin dao phay.

Các kích thớc cơ bản trong tiết diện chiếu trục của dao phay đợc biểu diễntrên hình vẽ 2

1 2

Theo nguyên lý ăn khớp dao phay và bánh răng đợc gia công liên tục quanhtrục của chúng Khi dao phay quay một vòng(dao phay một đầu mối) thì bánhrăng gia công quay đợc một bớc, tức là 1/Z1 (Z1 là số răng bánh răng đợc giacông)

Để xác định chiều dài phần làm việc và chiều dài của dao phay cần phải xác

định vị trí giới hạn của các điểm tạo hình, nghĩa là các điểm giới hạn khả nănggia công đợc Các điểm giới hạn là giao điểm của đờng tạo hình với vòng tròn

đỉnh răng bánh răng gia công K1 và đờng thẳng đỉnh răng dao phay (thanh răngkhởi thuỷ K2) Các điểm giới hạn khả năng làm việc của đờng tạo hình xác địnhchiều dài tạo hình L của dao phay đi theo hớng tâm tích dao trong hình chiếu lênmặt đầu bánh răng (Hình 3)

Theo hình 3 ta tính đợc chiều dài L nh sau:

Hay α

α

αδ

2 1 2

Chiều dài L phụ thuộc vào bán kính vòng đỉnh răng, có nghĩa là phụ thuộcvào số răng Z1 của bánh răng gia công Trên cơ sở chiều dài L, số răng dao ZU vàbớc chiều trục của dao phay có thể xác định đợc số lát cắt để tạo ra prôphin răng.Các dao phay nằm bên trái điểm K1 không tham gia tạo hình(hình 3), cácrăng đó tham ra cắt sơ bộ rãnh phôi để giảm tải trọng ở các răng tạo hình ban

đầu

II.Nguyên lý thiết kế

Dao phay lăn răng trong phạm vi thiết kế là loại dao phay hớt lng có prôphinmài Dùng để gia công các chi tiết có bề mặt định hình nh: bánh răng, bánh vít,ren, trục then hoa

Đờng cong hớt lng răng có thể là: Đờng xoắn acsimet, đờng xoắn lôgảit, ờng thẳng và các loại đờng khác xong thực tế hay dùng đờng xoắn acsimet sốgia của véctơ bán kính tỷ lện thuận với số gia góc độc cực Bởi vậy có thể giacông cam bằng cơ khí trên bất kỳ các máy có chuyển động quay và chuyển độngtịnh tiến ứng với số gia nói trên ngoài ra cam này còn có tính chất vạn năng

đ-∗Phơng trình đờng xoắn acsimet

D - đờng kính dao phay.

α - góc giữa tiếp tuyến và đờng xoắn acsimet

a) Đờng kính dao phay : De

De ảnh hởng đến năng suất và độ chính xác gia công De lớn năng suấtcắt và độ chính xác gia công cao Bởi vì khi De tăng thì góc xoắn vít giảm,tăng số răng, cải thiện điều kiện cắt và điều kiện thoát phoi, tăng độ cứngvững, làm nguội lỡi cắt tốt hơn

Tuy nhiên, khi De tăng thì sẽ tiêu hao nguyên vật liệu, góc tiếp xúc giữadao và chi tiết tăng lên, tăng mô men xoắn Ngoài ra De còn bị khống chế bởikích thớc các bộ phận kẹp dao trên máy và không gian cho phép của máy Vìvậy lựa chọn De của dao phay có thể dựa vào góc nâng của răng τ để giảmnhám bề mặt của răng, nâng cao độ chính xác

Khi lựa chọn De cần chú ý đến chiều sâu rãnh HK, đờng kính lỗ d và kíchthớc p ở thân dao để thoả mãn:

De ≥ 2HK+2p+d

Hoặc: De ≥ 2(t’

1+HK+p-d/2)Chiều dày p thoả mãn dao phải chọn đủ bền, thông thờng p ≥ (0,25ữ0,3)d

b) Đờng kính lỗ gá: d

Đờng kính lỗ gá d đợc chọn đảm bảo độ cứng vững kẹp chặt, d chọncàng lớn càng tốt Đợc xác định nh sau:

d=(0,25ữ0,45)De

Kích thớc của d phải đợc chọn phù hợp với tiêu chuẩn đờng kính lỗ củadụng cụ cắt

c) Chiều dài dao phay: L

Chiều dài dao phay phải đảm bảo chiều dài tạo hình đúng các răng bánhrăng, đồng thời đảm bảo cắt sơ bộ một lợng d cần thiết tránh hiện tợng quá tải ởcác răng tạo hình đầu tiên(Hình 4)

Lmin=L1+2SU=h1cotgαU+2SU

Bởi vì các răng dao phay vào cắt trớc khi bắt đầu tạo hình nên chiều dàiphay phải chọn lớn hơn hình chiếu đờng tạo hình trên trục dao phay Ngoài ra khilàm việc dao phay mòn không đều, để tăng thời gian sử dụng dao phay đợc dịchchuyển theo trục gá Cho nên khi chọn chiều dài dao phay cần tính đến lợng dựtrữ cho khả năng dịch dao phay dọc trục

Chiều dài toàn bộ dao phay bao gồm cả chiều dài hai vòng gờ

Thông thờng số răng dao phay đợc chọn ZU=8ữ16, phụ thuộc vào đờng kính

và chiều cao răng dao phay Góc trớc ở đỉnh răng dao phay thờng bằng không( 00)

γđ= 00 Cho nên khi tạo rãnh thoát phi mặt trớc dao phay là mặt acsimet thẳng ( ờng sinh thẳng vuông góc với trục dao chuyển động vít tạo thành) Mặt vítnày( mặt trớc ) vuông góc với đờng vít hình trụ tính toán trung bình của mặt răng.Nghĩa là trên hình trụ trung bình tính toán góc nghiêng của rãnh ω bằng gócxoắn vít τ của răng

SK=πdtbcotgω

SK- bớc của rãnh xoắn

Từ đó ta có:

Góc prôphin rãnh răng trong tiết diện mặt đầu (θ) lấy bằng 20 ữ 300(θ=20 ữ

30 0) Rãnh răng dao phay có thể là rãnh thẳng song song với trục dao( γđ=0 ) điqua trục dao sẽ để việc chế tạo đợc dễ dàng

e) Đờng kính trung bình tính toán : dtbt

Đờng kính trung bình tính toán dtbt của dao phay lăn răng là đờng kính quy

-ớc cần thiết trong việc tính toán dao phay Khi mài DeU giảm và do đó dtbt thực tếcũng giảm và khi đó τ tăng lên, dẫn đến ϖ cũng thay đổi theo

Độ giảm sai số τ và ϖ so với tính toán đờng kính trung bình của dao phaykhi thiết kế phải chọn trong tiết diện cách mặt trớc một khoảng 0,1 ữ 1,25 bớcvòng

a) Mặt vít cơ bản

Bề mặt khối thủy của dao phay lăn răng là bề mặt vít của trục vít khởi thủy (trục vít cơ bản ) Để tạo thành dao phay lăn răng trên trục vít cơ bản có các rãnhdọc để thoát phoi và tạo thành mựt trớc và các mặt sau hớt lng để tạo thành gócsau dơng Lỡi cắt là giao tuyến của mặt trớc và mặt sau Về nguyên lý bánh răng

thân khai chỉ ăn khớp đúng với trục vít thân khai Để tìm prôphin lỡi cắt cần phảixác định phơng trình của mặt trớc( mặt 2- Hình 7), phơng trình của mặt vít cơbản(mặt 1) Giao tuyến của hai bề mặt đó là prôphin cần tìm Nhng mặt sau daophay phải tạo thành góc sau dơng nên mặt sau không thể là mặt của trục vít cơbản mà là mặt xoắn vít acsimet Để đảm bảo cho prôphin lỡi cắt khi mài sắc lại( khi thay đổi vị trí của mặt trớc) không thay đổi hoặc thay đổi không đáng kể thìmặt sau phải đợc hớt lng hớng trục Nhng đến nay việc hớt lng hớng trục daophay lăn răng rất khó thực hiện Vì vậy nếu thiết kế dao phay lăn răng trên cơ sởtrục vít khởi thuỷ là trục vít thân khai trong thực tế vẫn không đảm bảo đợcprôphin lỡi cắt chính xác, mà việc chế tạo rất khó khăn Do đó dao phay lăn răngthờng đợc thiết kế thao các phơng pháp gần đúng, đảm bảo độ chính xác củaprôphin lỡi cắt yêu cầu kỹ thuật cho phép.

Các phơng pháp thiết kế gần đúng dao phay lăn răng dựa trên cơ sở thay thétrục vít cơ bản thân khai chính xác bằng các trục vít gần đúng và đảm bảo chế tạothuận tiện

b) Dao phay lăn răng có prôphin thẳng trong tiết diện chiều trục

Để đảm bảo thuận tiện trong quá trình chế tạo, trục vít cơ bản thân khaichính xác đợc thay bằng trục vít acsimet

<a>

H ớng trục

H ớng kính

H ớng kính

2 4

Hình 7: Xác định Prôphin lỡi cắt.

Nếu trục vít cơ bản là trục vít thân khai thì giao tuyến của nó với tiết diệnqua trục là đờng cong (Hình 8b) Tọa độ xk, yk của điểm K trên đờng đó trong hệtrục vuông góc Oxy có trục Ox trùng với trục của trục vít và trục Oy đi qua giao

điểm của đờng cong đó với mặt trụ cơ sở bán kính r0 đợc xác định theo côngthức:

x C

C y

Trục vít

K B

Hình 8: Prôphin răng dao phay khi thiết kế theo phơng pháp gần đúng.

Khi thay trục vít cơ bản thân khai bằng trục vít acsimet Giao tuyến của trụcvít acsimet với mặt phẳng qua trục là đờng thẳng (đờng sinh của trục vít) Đờngsinh này đợc chọn đi qua hai điểm B và C của prrophin răng dao phay (hình 8b).Hai điểm này trong qúa trình cắt sẽ gia công hai điểm B’ và C’ ngoài cùng của

đọan prôphin thân khai của bánh răng (hình 9)

Để giảm sai số prôphin răng dao khi màu sắc lại dao phay ( mài sắc theomặt trớc) hai điểm B và C đợc chọn nh sau:

E 2

Hình 9: Prôphin răng dao khi thay trục vít thân khai bằng trục vít Acsimét.

Điểm B trên đầu lăn răng dao phay đợc chọn trong tiết diện tính toán

Điểm C ở chân răng đợc chọn trong tiết diện cáh mặt trớc ( cha mài sắc lại)một đọan bằng 0,5 bớc vòng

Tiết diện tính toán cách mặt trớc một đọan bằng 0,1 ữ0,25 bớc vòng (thôngthờng bằng 0,15 bớc vòng) Vì vậy điểm C đợc chọn trong tiết diện cách tiết diệntính toán một đọan 0,35 bớc vòng

Nh vậy, khoảng cách tử mặt trụ trung bình tính toán của dao phay lăn răng

đến điểm B, h’’p bằng chiều cao làm việc theo chân răng của bánh răng h’’p1 h’’p=h’’p1 (3)

Khoản cách từ mặt trụ trung bình tính toán của dao phay đến điểm Ch’p

bằng tổng chiều cao đọan làm việc của đầu răng h’’p1 và một lợng hớt lng bằng0,35K

h’p= h’p1+0,35K (4)

Đối với bánh răng không vát đỉnh răng thì h’p= h’’p1m Nếu bánh răng có vát

đỉnh răng thì h’p1 sẽ giảm đi một lợng bằng chiều cao vát hc ( hcmax=0,45 m)

Do đó toạ độ các điểm tính toán B và C của prôphin răng dao phay đợc xác

r : góc nâng của đờng vít trên mặt trụ trung bình tính

r0: góc nâng của đờng vít trên mặt trụ cơ sở

thay giá trị p vào ta đợc :

tgαv =invαB-invαC)/2cosr((hp’’+hp1’)/mu+(0,35k/mu)) (10)

đối với dao phay lăn răng không vát đỉnh răng và hệ số chiều cao răng f=1tức là: hp1’=hp’=hp’’=m

góc prophin trục vít acsimet thay thế đợc xác định nh sau:

tgαv=(invαβ-invαc)/2cosr(2+0,35/mu) (11)Góc prophin của trục vít ácsimet thay thế (theo công thức 11) khác vớiprophin của trục vít thân khai Điều này cần đợc chú ý để đảm bảo độ chính xáckhi thiết kế ,tính toán chính xác dao phay lăn răng

Mặt khác khi thay thế bằng trục vít acsimet chiều dày cần thiết của dao suphải đợc đảm bảo (hình 9).Do đó đờng thẳng thay thế prophin thực tế không phải

là đờng 3 đi qua các điểm tính toán B và C mà phải song song với nó và tiếp xúcvới prophin chính xác ở điểm E nằm trên mặt trụ trung bình tính toán của daophay -đờng thẳng 4.Khi thay thế prophin 3 bằng prophin 4 htì chiều dày ở thân và

đầu răng dao sẽ tăng lên khác với kích thớc 2.Prophin răng bánh răng đợc cắtbằng dao phay này sẽ không đợc prophin yêu cầu1 mà là prophin 5 có hiện tợngcắt lẹm ở chân răng,đầu răng và có độ cong lớn Bánh răng có prophin nh vậy cólợi cho quá trình ăn khớp

Góc prophin của trục acsimet cơ bản là góc gần đúng vì thế có thể đợcxác định theo công thức đơn giản hơn ,đảm bảo độ chính xác thực tế:

Cotgαv=Cotgαδ.Cosr (12)Bởi vì mặt sau răng dao phay là mặt xoắn acsimet khác với bề mặt của trụcvít cơ bản,nên góc prophin răng daophay trong tiết diện qua trục đối với dao phayxoắn phải có thể đợc tính theo công thức :

• Góc prôphin của lới cắt bên phải:

c Dao phay lăn răng có prophin thẳng trong tiết diện pháp tuyến.

Thiết kế prôphin dao phay lăn theo phơng pháp này tức là trục vít thân khaicơ bản đợc thay bằng trục vít có prôphin răng thẳng ở tiết diện pháp tuyếnvới rãnh răng –truc lớn côn Vôliut Tiết diện pháp tuyến NN thẳng góc với đờngvít nằm trên mặt trủtung bình của dao phay và đi qua điểm giữa rãnh răng(hình10)

Dao phay đợc thiết kế theo phơng pháp này ,prôphin của trục vít thay thế

đợc xác định theo hai cách

bằng prôphin dạng sinh của bánh răng gia công

Góc prôphin răng dao phay αu đợc chọn bằng góc prôphin của dạng sinhbánh răng gia công αδ

Hình 10: Kích thớc kết cấu và Prôphin của dao phay lăn răng cắt bánh răng trụ

Góc prôphin của dao phay không lớn (r<30) sự khác nhau giữa góc prôphincủa răng dao và trục vít thân khai ít, do đó có thể chọn αu=αδ .Khi góc r lớn

prôphin răng dao ,trờng hợp này để giảm sai số góc prôphin của dao phải đợc

hiệu chỉnh có nghĩa là αu#αδ

αu =αδ ±∆α

Phơng pháp thiết kế dao phay lăn răng có prôphin thẳng ở tiết diện chiềutrục có một số u điểm hớn so với phơng pháp prôphin thẳng ở tiết diện thẳngpháp tuyến Dao phay thiết kế theo prôphin thẳng ở tiết diện chiều trục có ít sai

số nhất ,dễ chế tạo ,dễ kiểm tra hơn

*2 Trục vít đợc chọn để thiết kế là trục vít acsimet.

1.1.Bớc răng theo phơng pháp pháp tuyến : tn

tn=Π.m.n

tn=3.14.3.1=9,425 Với n=1(Một đầu mối )

1.2.Chiều dày răng ở tiết diện với pháp tuyến : Sn

Theo bảng 9-VIII thì đợc chọn theo tiêu chuẩn K=4(mm).

1.11.Lợng hớt lng lần đầu với dao có mài prôphin : K1

K1=(1,2ữ1,5)K=4,8ữ6(mm)

Theo bảng 9-VIII chọn K1=5,5(mm)

1.12.Đờng kính trung bình tính toán đối với dao có mai prôphin: De

1.17.Góc của rẵnh thoát phoi: ϕ

3-Sai số tích luỹ giới hạn trên độ dài 3 bớc răng ±0,025.

4-Độ đảo hớng kính theo đờng kính ngoài trong giới hạn một

đờng vít 0,050

5-Sai lệch giới hạn góc prôphin 0,025

6-Giới hạn sai lệch hớng kính của mặt trớc ở điểm bất kỳ trên chiềucao của prôphin răng 0,080

7-Sai số tích luỹ lớn nhất của bớc vòng rãnh xoắn 0,040

8-Hiệu số khoảng cách từ đỉnh răng phân bố dọc rãnh thoát phoi đếntrục dao phay 0,020

9-Độ đảo hớng kính của gờ 0,020

10-Độ đảo mặt đầu của gờ 0,020

11-Sai lệch của góc cắt -15’ đến +25’

12-Sai lệch chiều dài răng 0,400

13-Sai lệch chiều dày răng±0,025

Chiều dày răng ở tiết diện pháp tuyến Sn=4,712

B¸n kÝnh ®o¹n cong ®Çu r·nh rk=1,5

ChiÒu dµi phÇn lµm viÖc cña dao L1=53

a) Sai lệch không gian đợc tính nh sau

− Chi tiết dạng trục, phôi rèn:

b) Lợng d nhỏ nhất đợc xác định nh sau

1

2 1 1

Kích thớc giới hạn dung sai khi tiện: 600 àm

Dung sai phôi: 2000 àm

(Sách sổ tay CNCTM-2000) – vật liệu thép – phôi rèn

Đờng kính lớn nhất của chi tiết sau tiện thô là:

2 Lực cắt khi tiện

1 Chế độ cắt khi tiện đờng kính ngoài

D=75 (phôi) đến d=72 (chi tiết) t=1,5 (mm)

C V

v

T=120 phút (tuổi bền dao T15 K6) Sử dụng 1 dao

M=0,25; cv=187 (khi có dung dịch trơn nguội)

Xv=0,18; yv=0,45

Kv=Kuv Kmv Kov Knv

Kv: hệ số điều chỉnh vận tốc

Kuv: hệ số tính đến vật liệu dụng cụ cắt: Kuv=1,54

, 1 5 , 1 120

1368 187

45 , 0 18 , 0 25 ,

25 , 47 260

Chọn phôi thanh có đờng kính 65 mm, tính chiều dài của phôi cần cắt là: L.

Theo công thức: V= D .L

4

và làm mất các lỗ rỗng trong phôi Từ đó các tổ chức kim loại đợc cải thiện

Rèn phôi làm tăng cơ tính của vật liệu, làm tăng tuổi bền của dụng cụ sauchế tạo nên 25% thời gian phục vụ.

1 Kích thớc của phôi sau rèn

Nguyên công III: ủ phôi

− Xếp phôi trong thùng kín, lèn chặt vào đó than hay củi khô

− Có thể dùng muối nóng chảy để chống oxi hóa và thoát cácbon

• Trớc khi gia công cần phải kiểm tra lại chất lợng phôi.

Nguyên công IV: Gia công tạo chuẩn

− Hệ số phụ thuộc vào chu kỳ bền: K1=0,8

− Hệ số phụ thuộc vào chu kỳ nghiêng: K2=0,92

Do đó V=Vb.K1.K2=58.0,8.0,92=86,8 (m/ph)

75 14 , 3

8 , 86 1000