Xây dựng phần mềm tự động thiết kế và nghiên cứu ứng dụng CAD/CAM thiết kế dao phay lăn trục then hoa

Với phương pháp này dụng cụ cắt được coi như lăn tương đối trên vành cùa bánh răng gia công, khi đó các lưỡi cắt dụng cụ dần dần chiếm các vị trí trên bánh răng mà đường bao của chúng là

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

Chương I: TỐNG QUAN VỀ CÁC CHI TIẾT RĂNG VÀ DỤNG CỤ GIA CÔNG 5

BIÊN DẠNG KHÔNG THÂN KHAI 5

1 1 Chi tiết răng có biên dạng cung tròn 5

1.1.1 Tổng quan. 5

1.1.2 Phương pháp chế tạo, dụng cụ gia công 6

1.2 Chi tiết răng biên dạng cycloid 8

1.2.1 Tổng quan. 8

1.2.2 Phương pháp chế tạo 10

1.3 Đĩa xích 11

1.3.1 Tổng quan 11

1.3.2 Phương pháp chế tạo 11

1.4 Bánh cóc 13

1.4.1 Tổng quan 13

1.4.2 Phương pháp chế tạo 13

1.5 Then hoa 13

1.5.1 Tổng quan 13

1.5.2 Chế tạo 15

Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ THIẾT KẾ 16

DAO LĂN TRỤC THEN HOA 16

2.1 Phương pháp định tâm. 16

2.2 Nguyên lý thiết kế. 17

2.3 Tiết diện pháp tuyến profin chi tiết – trục then hoa: 18

2.4 Xác định profin lưỡi cắt bằng phương pháp đồ thị 19

2.5 Xác định profin lưỡi cắt bằng phương pháp giải tích 21

2.5.1 Xác định profin lưỡi cắt bằng đồ thị giải tích theo nguyên lý ăn khớp 21

2.5.2 Xác định prôfin lưỡi cắt bằng phương pháp giải tích theo nguyên lý bao hình 23

2.6 Xác định bán kính vòng tròn tâm tích (lăn) r của chi tiết 26

2.7 Đường cong chuyển tiếp 29

2.8 Dao phay lăn trục then hoa có rãnh ở chân răng (định tâm theo đường kính trong), dao phay có gờ. 32

2.9 Cung tròn thay thế. 33

2.9.1 Xác định tọa độ tâm Ot và bán kính R 0 34

2.9.2 Xác định sai số khi thay thế profin lý thuyết bằng cung tròn 36

2.10 Các kích thước profin răng dao phay lăn trục then hoa 37

2.11 Kích thước kết cấu dao phay lăn trục theo hoa 39

2.12 Các góc ở lưỡi cắt dao phay lăn trục then hoa 40

2.13 Các dạng mặt vít cơ sở của dao phay lăn. 41

2.13.1 Mặt vít Acsimet kín 41

2.13.2 Mặt vít hở (convoluyt) 43

2.13.3 Mặt xoắn vít thân khai. 44

Chương III: THIẾT KẾ 46

DAO PHAY LĂN TRỤC THEN HOA 46

3.1 THIẾT KẾ BÌNH THƯỜNG 46

3.1.1 Các thông số trục then hoa dùng cho thiết kế dao. 46

3.1.2.Xác định profin dụng cụ 47

3.1.3 Kết cấu dao. 51

3.1.4 Điều kiện kỹ thuật dao phay lăn trục then hoa 54

3.2 ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ 56

DAO PHAY LĂN TRỤC THEN HOA 56

3.2.1 Khái quát về lập trình trong AutoCAD 56

3.2.2 Thiết kế file Excell 59

3.2.3 Lập trình VBA 62

3.2.4 So sánh phương pháp thiết kế thông thường và phương pháp ứng dụng công nghệ tin học trong thiết kế 63

Chương IV: ỨNG DỤNG CAD/CAM VÀO GIA CÔNG CHẾ TẠO DAO PHAY LĂN TRỤC THEN HOA TRÊN MÁY CNC 66

4.1 Sơ lược quy trình công nghệ gia công bằng phương pháp truyền thống 71

4.1.1 Chọn vật liệu làm dao. 71

4.1.2 Chọn mặt xoắn vít. 73

4.1.3 Phân tích tính công nghệ. 74

4.1.4 Phương pháp tạo phôi 75

4.1.5 Thiết kế quy trình công nghệ 77

4.2 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ GIA CÔNG TRÊN MÁY CNC 84

KẾT LUẬN CHUNG 96

PHỤ LỤC 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

LỜI NÓI ĐẦU

Trong các nghành công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp chế tạo ôtô, máy móc, cơ khí động lực,…hệ thống truyền động được sử dụng nhiều Để truyền tải trọng giữa trục và bánh răng, bánh đà, bánh đai,…người ta sử dụng then Khi yêu cầu tải trọng lớn, độ đồng tâm giữa trục và bạc cao hoặc cần di trượt bạc dọc trục thì then hoa được lựa chọn

Theo hình dạng profin, mà ta có các loại then hoa khác nhau và dụng cụ gia công các loại then này cũng khác nhau Then hoa, chủ yếu là then hoa chữ nhật được sử dụng khá nhiều ở nước ta Then hoa chữ nhật chế tạo bằng dao lăn trục cho chất lượng tốt và năng suất cao Để thiết kế chế tạo ra các dao phay lăn trục then hoa, theo phương pháp thông thường người kỹ sư thiết kế phải tốn rất nhiều thời gian để thiết kế

và tính toán các thông số kỹ thuật sao cho chính xác.Trong quá trình thiết kế các bản

vẽ bằng tay họ phải lặp đi lặp lại một số chi tiết hay khi vẽ sai phải thực hiện bản vẽ đó lại từ đầu Điều này khiến cho người thiết kế mất rất nhiều thời gian và làm giảm chất lượng bản vẽ Từ thực tế đó, rất nhiều kỹ sư thiết kế mong muốn có được công cụ hỗ trợ mình trong công việc thiết kế nhằm nâng cao chất lượng bản vẽ Nắm bắt nhu cầu này, các công ty phần mềm đã cho ra đời một loạt các phần mềm hỗ trợ như AutoCAD, SAP, AutoCAD Mechanical

Tuy nhiên, trên thực tế các phần mềm hỗ trợ cũng chỉ đáp ứng được các yêu cầu chung nhất, tổng quát nhất của các kỹ sư thiết kế Việc thiết kế vẫn phải yêu cầu cáckỹ

sư tính toán profin cho từng kích thước then làm khối lượng tính toán và thời gian làm việc vẫn nhiều Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, áp dụng công nghệ thông tin vào việc thiết kế có thể giúp người kỹ sư hoàn thành nhanh chóng bản

vẽ chế tạo mà không cần mất nhiều thời gian Mọi công việc đều do phần mềm mà người kỹ sư viết ra đảm đương, việc thiết kế là hoàn toàn tự động

Trong đồ án tốt nghiệp này, nhiệm vụ được giao là “ Xây dựng phần mềm tự động thiết kế và nghiên cứu ứng dụng CAD/CAM thiết kế dao phay lăn trục then hoa”

Thời gian thực tập và làm đồ án chúng em đã có tìm hiểu về nguyên lý tạo hình

và quy trình công nghệ chế tạo, có thêm hiểu biết về lập trình VBA trong AutoCAD và xây dựng được phần mềm tự động thiết kế dao phay lăn trục then hoa

Trong thời gian thực tập và làm đồ án chúng em đã rất cố gắng hoc tập, tìm hiểu

và nghiên cứu đề tài Đồng thời với sự hướng dẫn, giúp đỡ chỉ bảo tận tình của thầy Lê Thanh Sơn cùng các thầy cô giáo trong Khoa, Bộ môn Gia công vật liệu và dụng cụ

công nghiệp, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đến nay chúng em đã hoàn thành đồ

án tốt nghiệp đúng thời hạn và khối lượng công việc được giao

Tuy nhiên, do đề tài là rất mới mẻ và kiến thức còn hạn chế nên đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót nhất định Kính mong được sự đóng góp ý kiến, bổ sung của thầy giáo hướng dẫn, các thầy cô khác trong bộ môn và bạn đọc để đồ án chúng

em được hoàn chỉnh hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 13 tháng 6 năm 2016

Nhóm sinh viên thực hiện đồ án:

Phạm Văn Thắng Nguyễn Danh Thăng

Chương I: TỐNG QUAN VỀ CÁC CHI TIẾT RĂNG VÀ

DỤNG CỤ GIA CÔNG BIÊN DẠNG KHÔNG THÂN KHAI

Các chi tiết có profin không thân khai trong thực tế thường gặp như bánh răng cycloid, bánh răng novikov, trục then hoa thẳng đối xứng, then hoa răng hình thang, đĩa xích, bánh cóc,…

1 1 Chi tiết răng có biên dạng cung tròn

1.1.1 Tổng quan

Chi tiết răng có biên dạng cung tròn chủ yếu là các loại bánh răng Trong những năm gần đây, bộ truyền bánh răng có biên dạng răng cung tròn được sử dụng ngày càng rộng rãi So với các biên dạng khác đang được sử dụng trong truyền động bánh răng, biên dạng cung tròn có một số ưu điểm nổi bậc như khả năng tải cao hơn, độ bền tiếp xúc lớn hơn, khả năng bôi trơn tốt hơn và tính chống mòn cao

Bánh răng có biên dạng cung tròn hiện nay được sử dụng trong các hộp giảm tốc tốc độ thấp, truyền động với công suất lớn Phiên bản đầu tiên của bánh răng cung tròn dựa trên sự tạo hình bằng dao thanh răng biên dạng cung tròn do Novikov-Wildhaber

đề xuất Từ khi ra đời đến nay, nhiều tác giả tiếp tục nghiên cứu về lý thuyết tạo hình, tính toán thiết kế và công nghệ gia công bánh răng biên dạng cung tròn C B Tsay, Z

H Fong, S Tao (1989) sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn nhằm khảo sát ứng suất uốn và tiếp xúc trong răng, nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng dao thanh răng như bán kính góc lượn và góc áp lực pháp… đến ứng suất uốn Litvin và cộng sự (2002)

áp dụng hai dao thanh răng không tương hợp có biên dạng parabol nội tiếp nhằm tạo ra một phiên bản mới của bánh răng cung tròn Shyue-Cheng Yang (2008) đề xuất mô hình toán học bánh răng cung tròn ba đoạn, nghiên cứu lý thuyết tạo hình mặt răng bánh dẫn và bánh bị dẫn từ biên dạng dao thanh răng, ảnh hưởng của sai lệch khoảng cách trục đến sai số truyền động, phân tích ứng suất uốn theo mô hình 3D Yi-Cheng

Wu và cộng sự (2009) nghiên cứu mô hình toán học của mặt răng bánh răng cung tròn

răng cong dựa trên lý thuyết bao hình, nghiên cứu sai số động học và vết tiếp xúc của cặp bánh răng đề xuất

Răng ăn khớp Nivokov có profin răng được chế tạo theo cung tròn, profin răng lõm có bán kính lớn hơn profin răng lồi Sự khác nhau giữa ăn khớp Novikov và ăn khớp thân khai là đường ăn khớp không nằm theo chiều ngang mà theo chiều cao tạo thành góc 900 với phương của răng Trong quá trình làm việc điểm tiếp xúc của các răng dịch chuyển theo đường thẳng song song với các trục quay của bánh răng Đường này được gọi là đường ăn khớp Khoảng cách từ gốc ăn khớp tới đường ăn khớp được gọi là hế số dịch chỉnh e Hệ số dịch chỉnh e có quan hệ với tốc độ trượt của các bề mặt răng Khi chạy nhanh các răng ăn khớp với nhau trên toàn bộ chiều cao nên ăn khớp điểm trở thành ăn khớp đường

Ưu điểm của bộ truyền ăn khớp Novikov là có khả năng chịu tải trọng lớn và độ chống mài mòn cao hơn ăn khớp thân khai Bởi vậy bộ truyền ăn khớp Nivokov luôn

là ưu tiên chọn lựa của các may móc phải làm việc trong thòi gian dài và phải đảm bảo tải trọng lớn Trong ăn khớp Novikov không ăn khớp theo chiều cao cho nên các bánh răng có dạng răng nghiêng, cũng chính vì vậy mà bộ truyền ăn khớp Novikov chạy êm hơn bộ truyền ăn khớp thân khai

Hình 1.1 Bánh răng Novikov

1.1.2 Phương pháp chế tạo, dụng cụ gia công

1.1.2.1 Phương pháp bao hình

Phương pháp bao hình để tạo hình biên dạng răng cung tròn cũng tương tự như phương pháp tạo hình biên dạng thân khai Tuy nhiên, khác với biên dạng thân khai, thanh răng sinh trong bánh răng cung tròn làmột đường cong trơn, đều, tổ hợp của nhiều cung tròn

Với phương pháp này dụng cụ cắt được coi như lăn tương đối trên vành cùa bánh răng gia công, khi đó các lưỡi cắt dụng cụ dần dần chiếm các vị trí trên bánh răng mà đường bao của chúng là profin của bánh răng gia công Dụng cụ gia công bánh răng dạng cung tròn bằng phương pháp bao hình là dao phay lăn Mỗi dao phay gia công 1 loại bánh răng trên máy chuyên dùng Phương pháp này cho năng suất cao và độ chính xác cao, thích hợp với sản xuất hàng loạt

Hình 2.3 Phương pháp bao hình gia công bánh răng dạng cung tròn

a Sơ đồ cắt ; b Dao phay lăn

1.1.1.2 Phương pháp định hình

Là phương pháp dùng dụng cụ cắt có lưỡi dạng răng cắt từng rãnh răng, sau đó phân độ một góc 360/Z cho đến răng cuối cùng Phương pháp định hình chế tạo bánh răng dạng cung tròn tương tự như chế tạo bánh răng thân khai, khác nhau ở profin Sử dụng dao phay modun và đầu phân độ để gia công bánh răng Độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc vào gá đặt và đầu phân độ

Hình 2.2 Phương pháp định hình gia công bánh biên răng dạng cung tròn

Ngoài ra người ta còn sử dụng phương pháp gia công tự động trên máy CNC từ chương trình CAM

- Máy phay CNC: sử dụng dao phay ngón

- CNC cắt bằng dây EDM

- CNC gia công cắt bằng tia laze

- CNC gia công bằng tia nước

1.2 Chi tiết răng biên dạng cycloid

1.2.1 Tổng quan

Các chi tiết răng biên dạng cycloid trong thực tế thường gặp là các loại bánh răng cycloid Bánh răng Cycloid sử dụng hai đường cong Epicycloid và hypocycloid để đạt được biên dạng chính xác và sự ăn khớp Hai bánh răng lăn không trượt, đường kính vòng chia của bánh răng được xác định trên vòng tròn ăn khớp của hai bánh răng Đỉnh răng của bánh răng bị động và chân răng của bánh răng chủ động có cùng một phương trình

Đường kính vòng sinh được tạo ra bởi sự cân bằng về tỷ lệ bán kính của một trong các bánh răng Để đảm bảo sự ăn khớp thì chân răng của bánh răng bị động và đỉnh răng của bánh răng của bánh răng chủ động có thể là đường thẳng hoặc các

đường cong đảm bảo ăn khớp Khi hai bánh răng ăn khớp sẽ tạo ra đường tròn ăn khớp

Đây là dạng ăn khớp không tiêu chuẩn, profin đỉnh răng có dạng Epicycloid, profin chân răng có dạng hypocycloid Đường Cycloid là tập hợp quỹ đạo chuyển động của một điểm thuộc một đường tròn khi nó lăn không trượt trên một đường thẳng.Đường Epicycloid là tập hợp quỹ đạo chuyển động của một điểm thuộc một đường tròn khi nó lăn không trượt phía ngoài một đường tròn khác.Đường hypocycloid là tập hợp quỹ đạo chuyển động của một điểm thuộc một đường tròn khi

nó lăn không trượt phía trong một đường tròn khác

+ Hệ số trượt là hằng số và nhỏ hơn trị số lớn nhất ở cặp bánh răng thân khai tương ứng

+ Áp lực riêng, ma sát và độ mài mòn của răng khi tiếp xúc với bề mặt lồi của đàu răng với bề mặt lõm của chân răng nhỏ hơn so với ăn khớp thân khai

+ Số răng có thể rất ít và không có hiện tượng cắt chân răng

Tuy nhiên loại bánh răng này còn tồn tại các nhược điểm sau:

+ Không có khả năng dịch tâm

+ Không có khả năg lắp lẫn

Ứng dụng:

Các bộ truyền bánh răng biên dạng Cycloid thường được sử dụng trong các bộ truyền yêu cầu độ chính xác cao và làm việc êm như: trong đồng hồ đeo tay, đồng hồ treo tường, đồng hồ so, bơm bánh răng,

- Gia công trên máy CNC

Bánh răng cycloid có thể gia công trên máy mài CNC, phay CNC, gia công bằng laze, dây EDM,…

1.3 Đĩa xích

1.3.1 Tổng quan

Đĩa xích là một dạng chi tiết trong họ chi tiết dạng bánh răng, chúng là một loại chi tiết có một hoặc một số trụ mà tâm của chúng song song với nhau Đĩa xích có hình dạng kết cấu như bánh răng Hình dạng kích thước profin răng được quy định theo tiêu chuẩn Các chi tiết dạng đĩa xích có nhiều loại: đĩa xích con lăn, đĩa xích răng, bánh đai dai thang Bộ truyền xích có nhiều ứng dụng trong truyền động do có nhiều ưu điểm Không có hiện tượng trượt, có thể làm việc khi có quá tải đột ngột, hiệu suất cao, không đòi hỏi phải căng xích, kích thước bộ truyền nhỏ hơn bộ truyền đai, góc ôm không có ý nghĩa nên có thể truyền cho nhiều bánh xích bị dẫn

a) b)

Hình 1.4 Đĩa xích

a Chi tiết đĩa xích b Một số dạng profin đĩa xích

- Truyền công suất và chuyển động giữa trục có khoảng cách xa, cho nhiều trục đồng thời trong trường hợp n < 500v/p

- Công suất truyền thông thường < 100 kW, tỉ số truyền < 6, hiệu suất 0,95 0,97

1.3.2 Phương pháp chế tạo

Đĩa xích có đường kính nhỏđược chế tạo bằng dập Đĩa xích đường kính trung bình và lớn được chế tạo riêng mayo và vành răng rồi ghép lại bằng hàn hoặc bulong

a Dao phay lăn đĩa xích b Sơ đồ phay lăn đĩa xích

Tương tự như với chế tạo bánh răng bằng phương pháp bao hình, chế tạo đĩa xích cũng sử dụng dao phay lăn (hình 1.5)

1.3.2.3 Phương pháp định hình

Giống như gia công báng răng bằng phương pháp chép hình

Hình 1.6 Gia công đĩa xích bằng phương pháp định hình

 Gia công trên máy CNC:

Đĩa xích có thể được gia công trên máy phay CNC, gia công bằng laze, dây EDM,…

1.4 Bánh cóc

1.4.1 Tổng quan

Bánh cóc là một chi tiết dạng răng có profin được chế tạo để sử dụng với mục đích tạo chuyển động quay một chiều bởi một chuyển động tịnh tiến Hoặc đơn giản là một cơ cấu chỉ cho phép quay theo một chiều, cho phép quay theo chiều ngược lại nếu

có điều khiển Profin của bánh cóc thường không đối xứng

Hình 1.7 Các loại bánh cóc

Bánh cóc được dùng nhiều trong đồng hồ, được dùng làm cơ cấu chặn trong máy nâng chuyển (Thiết bị dừng bánh cóc, tay quay an toàn,…) hoặc để thực hiện chuyển động quay tròn một chiều không liên tục (cơ cấu chạy dao của máy bào ngang, máy xọc, cơ cấu dẫn tiến trong đường dây tự động, líp xe,vv )

1.4.2 Phương pháp chế tạo

Với vài loại bánh cóc có profin không đối xứng thì ko dùng được phương pháp phay lăn để chế tạo Bánh cóc có thể được chế tạo từ phương pháp định hình bằng sử dụng dao phay định hình và đầu phân độ hoặc được chế tạo bằng phương pháp dập, gia công trên máy CNC sử dụng phương pháp cắt bằng laze, tia nước,…

1.5 Then hoa

1.5.1 Tổng quan

Mối ghép then dùng để cố định các chi tiết máy trên trục theo phương tiếp tuyến, truyền tải trọng từ trục đến chi tiết máy lắp trên trục và ngược lại.Ví dụ: dùng để ghép

bánh răng, bánh vít, bánh đai, bánh đà, đĩa xích trên trục Có thể coi mối ghép then hoa như một mối ghép then bằng gồm có nhiều then làm liền với trục

- Then hoa thân khai: profin then có dạng thân khai (hình1.8b) Chế tạo then hoa thân khai thực chất giống chế tạo bánh răng Loại then này ít phổ biến

- Then hoa tam giác: profin then có dạng tam giác (hình 1.8c) Loại then hoa này

Hình 1.8 Các dạng răng của then

 Có hai loại mối ghép bằng then hoa: mối ghép cố định và mối ghép di động

+ Mối ghép cố định:là mối ghép trong đó moayơ không thể di trượt dọc trục Ở đây then hoa có thể là hình trụ hoặc hình côn Then hoa hình côn có ưu điểm là moayơ và trục khít chặt vào với nhau do dó làm việc tốt ngay cả khi tải trọng thay đổi, thường được dùng nhiều trong ô tô, máy kéo

+ Mối ghép di động: là mối ghép trong đó moayơ có thể di động dọc trục như trong các hộp tốc độ của máy công cụ Mối ghép di động chỉdùng thenhoa hình trụ

Mối ghép then hoa thường dùng khi tải trọng lớn, yêu cầu độ đồng tâm giữa trục

và bạc cao, hoặc cần di trượt bạc dọc trục

Hình 1.9 Dao phay lăn trục then hoa chữ nhật

1.5.2.2 Phương pháp định hình

Dùng dao phay đĩa định hình có hình

dạng của rãnh then hoa Sau khi gia công

một rãnh, chia độ để gia công rãnh tiếp theo

Then hoa còn có thể được chế tạo bằng

phương pháp bào, xọc Tuy nhiên, phương

pháp này cũng như phay định hình ít được

sử dụng do năng suất và độ chính xác không

cao bằng phương pháp bao hình

Hình 1.10 Phay định hình then hoa

Kết luận: Qua chương trên, em đã hiểu rõ về các loại chi tiết răng có biên dạng

không thân khai, phương pháp chế tạo, dụng cụ chế tạo, ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của chúng

Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ THIẾT KẾ

DAO LĂN TRỤC THEN HOA

Trong các loại then hoa thì then hoa răng chữ nhật được sử dụng nhiều nhất trong các loại then hoa do có nhiều ưu điểm: dễ chế tạo, moayơ có thể di động dọc trục, độ bền cao, dễ định tâm,…

2.1 Phương pháp định tâm

Để đảm bảo độ đồng tâm mối ghép then hoa, có thể thực hiện theo 3 cách:

- Định tâm theo cạnh bên (Hình 2.1 a) Độ chính xác đồng tâm giữa trục và bạc không cao Cần phải đảm bảo chính xác bước then, do đó tải trọng phân bố đều trên các then Kiểu định tâm này dùng khi mối ghép chịu tải trọng lớn, yêu cầu độ chính xác đồng tâm không cao

- Định tâm theo đường kính ngoài D (Hình 2.1 b) Do kích thước D lớn hơn d nên dễ đạt độ chính xác đồng tâm cao Nhưng rãnh then trên mayơ không mài được Do đó kiểu định tâm này không dùng được khi mayơ cần có độ rắn bề mặt cao Tải trọng phân bố trên các then không đều nhau

- Định tâm theo đường kính trong d (Hình 2.1 c) Kiểu này đạt được độ chính xác đồng tâm tương đối cao Rãnh trên trục có thể mài, do đó phương pháp này có thể dùng ngay cả khi yêu cầu độ rắn bề mặt của trục và bạc then hoa cao Tải trọng phân bố không đều trên các then Kiểu định tâm này được dùng khá phổ biến trong thực tế

Hình 2.1 Các phương pháp định tâm mối ghép then hoa

Gia công then hoa răng chữ nhật có nhiều phương pháp Phương pháp gia công phổ biến cho năng suất và độ chính xác cao là phăy lăn then hoa trên máy chuyên dùng

Trong chương này, ta sẽ nghiên cứu cơ sở lý thuyết để thiết kế dao phay lăn trục then hoa

2.2 Nguyên lý thiết kế

Trục then hoa trong thực tế không ăn khớp chuyển động với chi tiết nào chỉ là mối ghép với lỗ then hoa Vì vậy, không có chi tiết nào có thể sử dụng để làm dụng cụ như thiết kế các dụng cụ cắt bánh răng thân khai (dao phay lăn răng như là trục vít ăn khớp với bánh răng ) Khi thiết kế dao phay lăn trục then hoa phải giả thiết rằng trục then hoa (bánh răng) sẽ ăn khớp với thanh răng Thanh răng tính toán được sử dụng làm thanh răng khởi thủy của trục vít cơ bản của dao phay lăn trục then hoa

Do đó , profin lưỡi cắt dao phay lăn trục then hoa được thiết kế tính toán như là profin thanh răng ăn khớp với trục then hoa Có nghĩa là khi trục then hoa quay quanh tâm của nó thì thanh răng chuyển động tịnh tiến với điều kiện lăn không trượt của vòng tròn tâm tích chi tiết lên đường thẳng tâm tích (lăn) của thanh răng (hình trụ tâm tích của dao) Khi thanh răng chuyển động được một bước trên đường thẳng tâm tích,

có nghĩa là dao phay quay được một vòng quanh trục của nó thì phôi (trục then hoa) phải quay được một bước trên vòng tròn tâm tích Quan hệ chuyển động đó được máy đảm bảo bởi xích tạo hình

2.3 Tiết diện pháp tuyến profin chi tiết – trục then hoa:

Để thiết kế được profin lưỡi cắt dao phay lăn trục then hoa, tức là xác định profin thanh răng ăn khớp với trục then hoa, trước hết cần xác định profin chi tiết trong tiết diện pháp tuyến với trục

- Đường kính ngoài: De = 2Re

- Đường kính ngoài tính toán: Dct = Dmax

- Đường kính chân răng: Di = 2Ri

- Đường kính chân răng tính toán: Dit = Dimin + 0,25∆Di

- Chiều rộng then B, số then Zc

- Chiều rộng then tính toán Bt: Bmin + 0,25∆B; B = 2e =2r0

Hình 2.2

- Góc profin γ

e = Re.sinγe = Ri.sinγi ;

- Góc profin tại điểm P là γ:

r.sinγ = Re.sinγe = Ri.sinγi = B/2 = e = r

- Bước pháp tuyến theo vòng tròn tâm tích: 2

c c

r t

- Chiều cao đầu răng h’1 = Re – r

- Chiều dày răng trên cung tròn vòng tròn tâm tích Se1 = 2r.γ

- Chiều rộng rãnh theo cung vòng tròn tâm tích

2.4 Xác định profin lưỡi cắt bằng phương pháp đồ thị

Cơ sở của phương pháp này dựa vào nguyên lý thiết kế: chi tiết quay và dụng cụ tịnh tiến với điểu kiện hai đường tâm tích lãn không trượt lên nhau Trong quá trình chuyển động của chi tiết và dao, tìm điểm tiếp xúc giữa lưỡi cắt và chi tiết Theo nguyên lý bao hình tại điểm tiếp xúc C của hai prôfin có tiếp tuyến chung và pháp tuyến chung Pháp tuyến chung phải đi qua tâm quay tức thời p Tâm quay tức thời tại các thời điểm là điểm tiếp xúc của hai đường tâm tích (vòng tròn r của chi tiết và đường thẳng D của dụng cụ (thanh răng)

Trên cơ sở các chuyển động tạo hình và nguyên lý làm việc, prôfin chi tiết được biểu diễn trên hình vẽ và vòng

tròn tâm tích r tiếp xúc với

đường thẳng tâm tích (lăn) D của

dụng cụ như hình bên.

Như vậy tại thời điểm ban

dầu khi vẽ, prôfin lưỡi cắt và chi

tiết tiếp xúc với nhau lại điểm P -

điểm của chi tiết trên vòng tròn

tâm tích r và của dao trên đường

thăng tâm tích D Chi tiết chuvển

động quay, dụng cụ tịnh tiến theo phương song song với đường thẳng tâm tích với tốc

độV , với điểu kiện hai đường tâm tích lăn không trượt lên nhau Điểm tiếp xúc P được gọi là cực tạo hình

Vẽ profin chi tiết ở các vị trí khác nhau trong quá trình chuyển động ứng với các góc quay tương ứng

1, 2, 3, i

2.4 tiếp tuyến với vòng tròn e - vì profin chi tiết là đường thẳng tiếp tuyến với vòng tròn e) Tìm điểm tiếp xúc C của prôfin chi tiết và lưỡi cắt dao (profin thanh răng) bằng cách từ P hạ đường vuông góc với profin chi tiết, pháp tuyến PC chính là pháp tuyến chung tại điểm C, phải đi qua tâm quay tức thời P Điểm C chính là điểm lưỡi cắt đồng thời là điểm prôfin chi tíếl tại thời điểm i Điểm Ci (C4) gọi là điểm tạo hình Tập hợp tất cá các điểm Ci (C4) ở các thời điểm khác nhau ứng với vị trí khác nhau của profin chi tiết trong quá trình chuyển động ta đuợc đường cong Đó là đường tạo hình (ăn khớp) Profin lưỡi cắt và chi tiết tiếp xúc với nhau trang quá trình chuyển động tại các điểm trên đường tạo hình Để xác định prôfin lưỡi cắt - điểm tiếp xúc Ci(C4) (điểm của lưỡi cắt) được lùi lại một đoạn bằng cung Pdi (trên hình là Pdi) được các điểm ai(a4) Đó là điểm profìn lưỡi cắt Vì so với vị trí ban đầu điểm của lưỡi cắt tại Ci (C4) đã chuyển độngtịnh tiến một đoạn Pe i Pd i Nối các điểm ai được profin lưỡi cắt

Hình 2.4 Xác định profin lưỡi cắt bằng phương pháp vẽ a) Tạo hình phần đầu răng; b) Tạo hình phần chân răng

2.5 Xác định profin lưỡi cắt bằng phương pháp giải tích

2.5.1 Xác định profin lưỡi cắt bằng đồ thị giải tích theo nguyên lý ăn khớp

- Profin chi tiết và dao tại thời điểm ban đầu tiếp xúc với nhau tại cực tạo hình P

- O1x1y1 gắn với chi tiết

- Oxy gắn với dao

Cho chi tiết quay, tại thời điểm bất kỳ φi, chi tiết ở vị trí i Tại thời điểm bất kỳ i

xác định được điểm tiếp xúc Ci của dụng cụ và chi tiết Viết tọa độ điểm Ci trong hệ trục gắn liền với dụng cụ - đó chính là phương trình của prôfin lưỡi cắt, viêt toạ độ điểm Ci tronghệ trục gắn tiền với chi tiết - đó là phương trình của prôfin chi tiết Viết tọa độ điểm Ci trong hệ cố định PX0Y0, đó là phương trình của đường tạo hình

Hình 2.5 Xác định prôfìn lưỡi cắt theo phương pháp đồ thị giải tích

 Phương trình đuờng tạo hình (G)

Trên hình 2.5 xác định được điểm Ci tiếp xúc của dao và chi tiết sau khi chi tiếtquay một góc φi

Toạ độ điểm Ci trong hệ PX0Y0 được xác định như sau:



r. i

n c

C E

O c

B

x 0 ,x,x 1

y0,y,y1y

x 1

i

O 4

 Phương trình profin lưỡi cắt

Toạ độ điểm Ci trong hệ toạ độ Oxy gắn với dụng cụ được xác định theo hình 2.5 như sau: khi chi tiết quay một góc φi thi dụng cụ tịnh tiến một đoạn POr.i

Phương trình trên là phương trình profin lưỡi cắt dao phay lăn trục then hoa

2.5.2 Xác định prôfin lưỡi cắt bằng phương pháp giải tích theo nguyên lý bao hình

Để xác định prôfin lưỡi cắt theo nguyên lý bao hình, cho trước vòng tròn tâm tích chi tiết có bán kính r tiếp xúc với đường tâm tích của dụng cụ (thanh răng) tại P và lăn không trượt lên nhau, P là cực tạo hình

Lấy P làm gốc tọa độ Chi tiết và dụng cụ tại thời điểm gốc tiếp xúc với nhau tại gốc toạ độ P Đặt hê trục O x y1 1 1 gắn liền với chi tiết, hệ Oxy gắn liền với dụng cụ - đi qua tâm Oc của chi tiết (hình 2.6)

Dụng cụ và chi tiết chuyến động tương đối với nhau (chuyển động tạo hình) tham

số chuyển động là  Nếu cố định dụng cụ thì chi tiết sẽ chuyển động quay với thông

số là góc quay  và chuyển động tịnh tiến với thông số là r , vì vòng tròn tâm tích bán kính r lăn không trượt trên đường thẳng tâm tích D Kết quả là profin chi tiết có các vị trí khác nhau và tạo ra một họ profin chi tiết trong hệ trục của dụng cụ xOy với tham số cùa họ là  Lưỡi cắt của dụng cụ phải tiếp xúc với chi tiết ở các vị trí khác nhau, có nghĩa là phải tiếp xúc với họ profin chi tiết

Hình 2.6 Xác định đường bao theo nguyên lý bao hình

Đường cong tiếp xúc với họ đường là đường bao của họ đường đó Vì vậy tìm profin lưỡi cắt tức là tìm đường bao của họ profin chi tiết trong chuyển động tạo hình Trên cơ sở đó profin dao phay lãn trục then hoa được xác định như sau:

- Phương trình của prôfin chi tiết trong hệ trục gắn liền với chi tiết O x y1 1 1 là:

y = f(x) (2.3)

- Hệ Oxy gắn liền với dụng cụ

- Cho chi tiêt chuyển động tương đối với dụng cụ (quay và tịnh tiến) với tham số chuyến động là 

Với mỗi giá trị của  chi tiết có vị trí xác định, thực hiện chuyển trục từ hệ

Phương trình (2.6) là phương trình của profin lưỡi cắt dao

Tính toán cụ thể với dao phay lăn trục then hoa được trình bày trên hình 2.6 như sau: Phương trình của profin chi tiết (mặt bên trục then hoa) viết trong hệ O x y1 1 1

Phương trình (2.10) là phương trình của họ profin chi tiết trong hệ Oxy gắn với dụng cụ với tham số của họ là  Xác định profin lưỡi cắt của dụng cụ cần phải xác định phương trình đường bao của họ

Phương trình đường bao được xác định bàng cách giải hai phương trình sau: ( , , ) 0

2.6 Xác định bán kính vòng tròn tâm tích (lăn) r của chi tiết

Khi xác định prôfin lưỡi cắt, bán kính vòng tròn tâm tích (vòng lăn) r coi như đã biết, có vai trò quan trọng trong việc tính toán prôfin lưỡi cắt

Vị trí, độ lớn của r ảnh hưởng trực liếp đến quá trình tính toán profin lưỡi cắt và

đó chỉ là kích thước tính toán, nó quyết định khả năng gia công đúng toàn bộ profin của trục then hoa

x E

I

Thay x0c và y0c từ 2.2 vào 2.14 ta được:

cos(  ) sin 2.sin(  ) 0 (2.17)

Phương trình này có các lời giải sau:

Bán kính vòng tròn tâm tích r:

23

ra của răng lớn, gây momen cắt lớn, giảm sức bền răng Bán kính r nhỏ hơn giá trị cho phép (2.23) sẽ không gia công đúng hết toàn bộ chiều cao răng chi tiết Bán kính r lớn làm cho chiều dài đoạn có hiệu lực của đường tạo hình C1C3 trên hình 2.8 tăng lên, nếu số nhát cắt không đổi, thì nhấp nhô bề mặt tăng lên (hình 2.8b, c)

Hình 2.8 Đoạn có hiệu lực đường cong tạo hình

2.7 Đường cong chuyển tiếp

Đường cong chuyển tiếp ở chân răng trục then hoa khi gia công bằng dao phay lăn trục theo hoa được mô tả trên hình 2.9

Trên hình 2.9 điểm e4 là giao điểm của lưỡi cắt bên và lưỡi cắt đỉnh (gia công vòng tròn chân răng) Trong qưá trình cắt nó chuyển động tinh tiến song song với

đường thẳng tâm tích D để đến cắt điểm b4 của prôfin chi tiết tại điểm c4 trên đường tạo hình

Hình 2.9 Đường cong chuyển tiếp ở chân răng

Hình 2.10 Tạo thành đường cong chuyển tiếp

xc4

b4

b5y

Điểm e4 là điểm cuối cùng của lưỡi bên, nên profin chi tiết phía dưới b4 đến điểm

b5 (điểm cuối tùng của prôfin chi tiết) sẽ không dược gia công đúng vì không có đoạn lưỡi cắt ̅̅̅̅̅̅ tương ứng mà nó chỉ được gia công bởi điểm e4 và tạo nên đoạn “đường cong chuyển tiếp” ̅̅̅̅̅̅ Đoạn đường cong tạo hình giữa φ4 và φ3là đoạn đường cong tạo hình hiệu dụng.Bán kính chi tiết Rb4 ứng với điểm b4, điểm bắt đáu đường cong chuyển tiếp ̂ được xác định dưa trên sơ đổ hình 2.9

Điểm b4, của prôfin chi tiết được tạo hình tại điểm c4 Bán kính đường tạo hình tại điểm c4 được xác định theo công thức (2.15) như sau:

Thay yc4 vào công thức tính yc4 ta được:

r  Ri  r  sin(  4  ) sin    sin(  4  )

Giải phương trình trên ta được:

2 4

2.8 Dao phay lăn trục then hoa có rãnh ở chân răng (định tâm theo

đường kính trong), dao phay có gờ

Để gia công được profin thẳng đến điểm chân răng I, nghĩa là profin thẳng đứng

từ Rc đến Ri trong quá trình chi tiết quay, điểm I phải được gia công tại điểm C5 trên đường tạo hình Chiều cao đầu răng lưỡi dao để gia công được đến bán kính Ri phải là h”d

Để đảm bảo bán kính trong Ri răng dao Phay được chế tạo chỉ một phần nhỏ có chiều cao là h”d ( phần gờ ), còn lại chiều cao vẫn giữ là h’d Phần gờ với chiều cao h”d

sẽ cắt thành rãnh lõm ở chân răng như hình 2.11 đó là loại dao phay có gờ Kích thước phần gờ được chọn theo tiêu chuẩn đủ lớn để tránh mòn nhanh, phù hợp với rãnh thoát

đá mài của profin chi tiết khi mài đường kính trong

Hình 2.11 Dao phay có gờ gia công đến điểm chân I của

Profin chi tiết

2.9 Cung tròn thay thế

Các đường cong được xác định theo công thức (2.3) là profin lưỡi cắt của dao phay lăn trục theo hoa Profin này là profin thanh răng dụng cụ khởi thuỷ của dao phay lăn (trục vít) trục then hoa Đó chính là profin trong tiết diện pháp tuyến với đường vít trên hình trụ tương ứng với đường tâm tích (đường lăn) tính toán

Đường cong (2.3) có thể biểu diễn dưới dạng

là những đường cong phức tạp, như đường nét đứt trên hình 2.12 khi cho các giá trị φ khác nhau

Trong thực tế đường cong này rất khó chế tạo chính xác Để có thể chế tạo thuận lợi profin lưỡi cắt, đường cong lý thuyết được thay thể bằng cung tròn đi qua ba điểm với bán kính R0 và tọa độ tâm của cung Ot(x0y0) Khi thay thế profin lý thuyết bằng cung tròn cần phải xác định bán kính R0, tọạ độ tâm của cung tròn và sai số profin

2.9.1 Xác định tọa độ tâm Ot và bán kính R 0

Profin lưỡi cắt có phầnhiêu dụng ứng với các góc min  3 và max  4 tính từ gốc tọa độ là P trên hình 2.9 Để đơn giản ta thay thế đường cong lý thuyết bằng cung tròn qua 3 điểm như sau:

- Điểm A1(x1,y1) trùng với gốc P, vì vậy điểm A, có tọa độ là x1 = y1 = 0; A1(0,0)

- Điểm A2 ứng với góc max min 3 4

- Điểm A3 ứng với góc    max  4

Tâm O1 là giao điểm của hai đường trung trực của hai đoạn A A A A1 2; 2 3nên từ hình giải tích bán kính R„ và toạ độ tâm x0 và y0 có thể được xác định như sau:

2 2

0 0 0

2 2 2 2

3 3 2 2 2 3 0

1 F

§-êng cong lý thuyÕt

2.9.2 Xác định sai số khi thay thế profin lý thuyết bằng cung tròn

Sai số ΔR khi thay thế bằng cung tròn được xác định bằng sự khác nhau giữa khoảng cách từ tâm O1 đến profin lý thuyết ký hiệu là F và bán kính R0 của cung tròn thay thế:

 R F R0

(2.33)

Theo hình 2.12 cần phải xác định ΔRmax Tại các điểm A1, A2, A3 có ΔR = 0

Khoảng cách từ tâm O1 đến profin lý thuyết có thể được xác định như sau:

vào phương trình trên ta được:

với x và y từ phương trình (2.2) ta có:

2.10 Các kích thước profin răng dao phay lăn trục then hoa

Kích thước prôfin răng dao phay lăn răng được xác định như là kích thước kết cấu profin thanh răng khởi thuỷ dụng cụ ăn khớp với trục then hoa và là tiết diện pháp tuyến với đường vít thuộc hình trụ lăn của trục vít lăn không trượt trên vòng tròn tâm tích (vòng lăn) của chi tiết - trục then hoa Kích thước kết cấu prôfin răng dao phay lãn trục then hoa được trình bày trên hình 2.13

Zc - số then trục then hoa

- Chiều rộng rãnh rãng theo đương tâm tích Srd bằng chiều dày răng trục then hoa theo vòng tâm tích: Srd  Scl  2 r  (2.42)

- Chiều dày răng dao theo đường thẳng tâm tích Sd bằng chiểu rộng rãnh răng trục then hoa theo vòng tròn tâm tích:

u e

a)

2.11 Kích thước kết cấu dao phay lăn trục theo hoa

Dao phay lăn trục then hoa về kết cấu tương lự như dao phay lăn răng căt bánh răng thân khai có hớt lưng mặt sau Kết cấu của dao phay lăn trục then hoa chỉ có một vài kích thước tính toán đặc biệt (hình 2.14)

Bước của profin trục then hoa lớn nên góc nâng  của rãnh vít răng dao cũng lớn hơn so với dao phay lăn rãng thân khai tương tự Góc nâng T của rãnh vít dao có thể chọn đến 60, đôi khi 100

Đường kính dao phay, bước và góc nâng của rãnh vít có quan hệ như sau:

utb

t d





 (2.46)

Hình 2.14 Kích thước kết cấu dao phay lăn trục then hoa

Đường kính trung bình tính toán của dao phay lăn trục then hoa được xác định tuơng tự như ở dao phay lăn răng, tức là ở tiết diện cách mặt trước một khoảng bằng 1/8 bước vòng ( = 0,125) Đôi khi dường kính trung bình tính toán được chọn không theo điểm giữa của chiều cao răng dao, mà tiếp tuyến với đường thẳng tâm tích (tiếp tuyến với vòng tròn tâm tích chi tiết)

Hình 2.15 Xác định chiều dài dao phay

Chiều dài dao phay được xác định:

2.12 Các góc ở lƣỡi cắt dao phay lăn trục then hoa

Góc sau ở lưỡi cắt đỉnh thường chọn: d   9 110

- Góc sau ở lưỡi bên trong tiết diện pháp tuyến ở điểm C (hình 2.16) được xác định theo công thức:

c

R R

L' 2

lbp