Nghiên cứu gia công bánh răng côn xoắn trên máy phay cnc

Được sử dụng nhiều trong các ngànhcông nghiệp chế tạo máy bay, ô tô, máy kéo, máy công cụ… nhờ có nhiều các tính năng ưu việt hơn so với bánh răng côn răng thẳng bằng cách tạo nên bộ tru

TẠ HỮU TOÀN

NGHIÊN CỨU GIA CÔNG BÁNH RĂNG CÔN XOẮN

TRÊN MÁY PHAY CNC

Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí – Chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : GS.TSKH BÀNH TIẾN LONG

Hà Nội – Năm 2016

Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo như đã nêu trong tài liệu tham khảo đã được tríc dẫn Các kết quả tính toán, mỗ phỏng được thực hiện dưới sự hướng dẫn của GS.TSKH Bành Tiến Long là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Tạ Hữu Toàn

hướng dẫn trong suất quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn

Đồng thời em xin cảm ơn Trung tâm Công nghệ Cơ khí, Ban giám hiệu trường Đại học Công Nghệ Giao Thông Vận Tải, và Viện đào tạo Sau Đại Học Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn này

Mặc dù bản thân đã thực sự cố gắng trong quá trình thực hiện đề tài, nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi có những thiếu sót Tác giả rất mong nhận được những góp ý đóng góp từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp

Tác giả

Tạ Hữu Toàn

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH VẼ-BẢNG BIỂU-HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT xi

PHẦN MỞ ĐẦU 1

1.Lý do chọn đề tài 1

2.Phạm vi nghiên cứu 2

3.Bố cục luận văn 2

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BÁNH RĂNG CÔN XOẮN 3

1.1 Tổng quan về bánh răng côn xoắn 3

1.1.1 Các thông số hình học của bánh răng côn xoắn 3

1.1.2 Ưu nhược điểm của bộ truyền bánh răng côn xoắn 4

1.1.3 Phân loại bánh răng côn xoắn 5

1.2 Lựa chọn chi tiết bánh răng côn xoắn cần chế tạo 11

Chương 2: GIẢI MÃ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT KẾ BỘ BÁNH RĂNG CÔN XOẮN TỪ BÁNH RĂNG NGUYÊN MẪU 13

2.1 Tổng quan về kỹ thuật ngược 13

2.1.1 Giới thiệu về kỹ thuật ngược 13

2.1.2 Ưu nhược điểm của phương pháp thiết kế ngược 15 2.1.3 Phạm vi ứng dụng 15

2.2 Thiết bị đo quét mẫu bánh răng côn xoắn 16

2.2.1 Tổng quan về thiết bị đo quét mẫu 16

2.2.2 Tìm hiểu về máy quét 3D dùng ánh sang xanh của hãng GOM để quét mẫu bánh răng côn soắn 17

2.2.3 Thao tác đo quét mẫu bánh răng 18

2.3 Phầm mềm thiết kế ngược Rapidform XOR 19

2.3.1 Giới thiệu chung về phần mềm thiết kế ngược Rapidform XOR 19

của hãng SUZUKI 22

2.4.1 Thiết kế ngược chi tiết bánh răng chủ động ( bánh răng côn xoắn) 22

2.5 Tạo bản vẽ gia công cho cặp bánh răng côn xoắn 42

2.5.1 Tạo bản vẽ gia công chi tiết bánh răng chủ động 42

2.5.2 Tạo bản vẽ chi tiết bánh răng bị động 43

2.5.3 Tạo bản vẽ ăn khớp 44

Chương 3: GIA CÔNG BỘ BÁNH RĂNG CÔN XOẮN TRÊN MÁY PHAY CNC 46

3.1 Gới thiệu máy phay 5 trục DMU50 và phần mềm gia công SolidCAM 46

3.1.1 Giới thiệu về máy phay 5 trục đồng thời DMU50 46

3.1.2 Giới thiệu chung về phầm mềm gia công 5 trục SolidCAM 48

3.2 Gia công bánh răng côn xoắn (bánh chủ động) 53

3.2.1 Lập quy trình công nghệ gia công 53

3.2.2 Thực hiện gia công trên máy phay CNC 5 trục 55

3.3 Gia công bánh bị động 68

3.2.1 Lập quy trình công nghệ gia công 68

3.2.3Giới thiệu máy phay CNC HAMAI 3VA gia công ánh răng bị động 70

3.2.3 Thực hiện gia công răng 71

Chương 4: KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM 80

4.1 Tổng quan về phương pháp kiểm tra không tiếp xúc và phần mềm kiểm tra Geomagic Qualify 80

4.1.2 Tổng quan về phần mềm kiểm tra Geomagic Qualify 81

4.2 Quy trình kiểm tra cặp bánh răng côn xoắn 86

4.2.1 Kiểm tra bánh răng chủ động 86

3.2.2 Kiểm tra bánh răng bị động 100

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107

1 KẾT LUẬN 107

2 KIẾN NGHỊ 107

Hình 1.1 Các thông số hình học của bánh răng côn xoắn 4

Hình 1.2 Bánh răng Côn Xoắn trong hộp Visai ô tô 4

Hình 1.3 Răng xoắn hệ Gleason 5

Hình 1.4 Các loại răng côn xoắn hệ Gleason 6

Hình 1.5 Chiều cao biến đổi 6

Hình 1.6 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn hệ Gleason 7

Hình 1.7 Bánh răng côn xoắn hệ KLINGELNBERG 8

Hình 1.8 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn hệ KLINGELNBERG 9

Hình 1.9 Bánh răng côn xoắn hệ OERLIKON 9

Hình 1.10 Chiều cao không đổi 10

Hình 1.11 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn hệ OERLIKON 11

Hình 1.12 Bánh răng chủ động nguyên bản 11

Hình 1.13 Bánh răng bị động nguyên bản 12

Hình 2.1 Minh họa tạo ý tưởng thiết kế xe 13

Hình 2.2 Tạo mô hình đất sét 14

Hình 2.3 Thao tác scan mô hình đất sét 14

Hình 2.4 Tạo mô hình CAD vật thể 15

Hình 2.5: Máy Scan Atos 18

Hình 2.6 Thao tác quét mẫu 18

Hình 2.7 Bánh răng côn xoắn 19

Hình 2.8 Bánh răng vành chậu 19

Hình 2.9 Giao diện phần mềm Rapidform 20

Hình 2.10 Dữ liệu quét bánh răng côn xoắn 22

Hình 2.11 Kết quả khi thực hiện lệnh Region Group 23

Hình 2.12 Tạo môt Mesh Sketch qua mặt Top 23

Hình 2.13 Vẽ một Sketch biên dạng trục bánh răng 24

Hình 2.14 Thực hiện lệnh Revolve 24

Hình 2.15 Kết quả sau khi thực hiện lệnh Revolve 24

Hình 2.19 Tạo một Mesh sketch qua mặt Plane 3 26

Hình 2.20 Tạo lệnh Sweep 26

Hình 2.21 Kết quả sau khi thực hiện lệnh Sweep 27

Hình 2.22 Thực hiện lệnh Circular Pattern 27

Hình 2.23 Kết quả sau khi thực hiện lệnh Circular Pattern 27

Hình 2.24 Thực hiện lệnh Boolean 28

Hình 2.25 Kết quả sau khi thực hiện lệnh Boolean 28

Hình 2.26 Thực hiện lệnh Mesh sketch tạo đường kính đỉnh răng 28

Hình 2.27 Vẽ một Sketch đường kính đỉnh răng 29

Hình 2.28 Tạo đường kính đỉnh răng bằng lệnh Revolve Cut 29

Hình 2.29 Tạo biên dạng mặt răng bằng lệnh Mesh Fit 30

Hình2.31 Kết quả kiểm tra sai số mặt răng vừa tạo được so với dữ liệu quét 30

Hình 2.32 Tạo bề mặt biên dạng răng thứ 2 31

Hình 2.33 Liên kết 2 bề mặt răng vừa tạo 31

Hình 2.34 Kiêm tra độ chính xác của bề mặt vừa tạo 32

Hình 2.35 Dùng lệnh Cut để tạo solid biên dạng răng 32

Hình 2.36 Kết quả sau khi dùng lệnh Cut 33

Hình 2.37 Kết quả sau khi cắt toàn bộ 33

Hình 2.38 Kiểm tra độ chính xác toàn bộ bề mặt răng 34

Hình 2.39 Xuất file CAD 34

Hình 2.40 Thực hiện lệnh Mesh Sketch 35

Hình 2.41 Vẽ lại Sketch thân bánh răng bị động 35

Hình 2.42 Thực hiện lệnh Revolve 36

Hình 2.43 Kết quả thực hiện 36

Hình 2.44 Tạo tọa độ các lỗ bắt ren 36

Hình 2.45 Vẽ lại các tâm lỗ bắt ren 37

Hình 2.46 Thực hiện lệnh Extrude Cut để tạo lỗ ren 37

Hình 2.47 Kết quả tạo lỗ ren 37

Hình 2.51 Tạo bề mặt biên dạng răng thứ 2 39

Hình 2.52 Đánh giá sai số hai bề mặt răng vừa tạo 39

Hình 2.53 Kết quả sau khi thực hiện lệnh Trim surface, extence surface 40

Hình 2 54 Dùng lệnh Circular Pattern để tạo ra 36 bề mặt răng 40

Hình 2.55 Kết quả sau khi dùng lệnh Circular Pattern 41

Hình 2.56 Dùng lệnh Cut để tạo biên dạng răng dạng khối 41

Hình 2.57 Kết quả sau khi dùng lệnh Cut 41

Hình 2.58 Đánh giá sai số toàn bộ bánh răng 42

Hình 2.59 Bản vẽ chi tiết bánh răng côn soắn 43

Hình 2.60 Bản vẽ chi tiết bánh răng bị động 44

Hình 2.61 Bản vẽ lắp bộ bánh răng côn xoắn 45

Hình 3.1: Máy phay DMU50 46

Hình 3.2 Mô hình 3D của máy DMU-50 47

Hình 3.3 Hình 2D của bàn máy và trục chính 48

Hinhg 3.4 Giao diện phần mềm Solidcam 49

Hình 3.5 Bản vẽ 3D chi tiết bánh răng côn xoắn 56

Hình 3.6 Tạo môi trường phay trong Solidcam 56

Hình 3.7 Tạo môi trường CAM mới 57

Hình 3.8 Hộp thoại gia công trong SolidCAM 57

Hình 3.9 Tạo gốc phôi 58

Hình 3.10 Khai báo kích thước phôi 58

Hình 3.11 Tạo mô hình đích gia công 59

Hình 3.12 Tạo bảng chế độ phay thô 59

Hình 3.13 Khai báo đường kính dao 60

Hình 3.14 Khai báo chế độ cắt 60

Hình 3.15 Khai báo chiều sâu gia công 60

Hình 3.16 Thông số phay bán tinh 61

Hình 3.17 Đường chạy dao khi gia công thô 61

Hình 3.21 Gia công thô trên máy 5 trục 66

Hình 3.22 Đang gia công bán tinh trên máy 5 trục 67

Hình 3.23 Đang gia công tinh trên máy 5 trục 67

Hình 3.24 Sản phẩm sau khi gia công 5 trục 68

Hình 3.25 Máy phay CNC HAMAI 71

Hình 3.23 Tạo môi tường CAM gia công bánh răng bị động 72

Hình 3.26 Sản phẩm bánh răng bị động sau khi phay xong 78

Hình 4.1 Giao diện của phần mềm kiểm tra Geomagic Qualify 81

Hình 4.2 Phô phỏng kiểm tra trên Geomagic Qualify 82

Hình 4.3 Chức năng đánh giá độ lệch trung bình 84

Hình 4.4 Chức năng đánh giá theo mặt cắt 85

Hình 4.5 Kiểm tra yếu tố hình học 85

Hình 4.6 Kiểm tra theo khoảng cách 85

Hình 4.7 Kiểm tra sai số hình học 86

Hình 4.8 File quét chi tiết bánh răng côn xoắn sau khi gia công xong 86

Hình 4.9 File thiết kế ban đầu 87

Hình 4.10 Giao diện phần mềm Geomagic Qualify 87

Hình 4.11 Mở kiểm tra và file tham chiếu 87

Hình 4.12 Kết quả xếp chồng 88

Hình 4.13 Phân tích sai lệch 88

Hình 4.14 Đánh giá độ lệch trung bình 88

Hình 4.15 Đánh giá sai lệch tại một mặt cắt 89

Hình 4.16 Báo cáo sai lệch tổng thể 89

Hình 4.17 Sai lệch tổng thể 93

Hình 4.18 Tổng hợp sai lệch giữa các vị trí 93

Hình 4.19 Kiểm tra sai lệch theo mặt cắt 96

Hình 4.21 File quét chi tiết bánh răng bị động sau khi gia công xong 100

Hình 4.22 File thiết kế ban đầu 101

Hình 4.26 Kết quả phân tích 102

Hình 4.27 Kết quả đánh giá sai lệch các vị trí 102

Hình 4.28 Đánh giá sai lệch tại mặt cắt 103

Hình 4.29 Kêt quả kiểm tra tại các vị trí 105

Hình 4 30 Kết quả kiểm tra tại vị trí mặt cắt 106

BẢNG BIỂU-HÌNH ẢNH Bảng 1: Thông số kỹ thuật máy scan Atos 18

Bảng 2: Thồng số kỹ thuật máy phay cnc 5 trục DMU 50 47

Bảng 3: Các đường chạy dao 5 trục trong SolidCAM 52

Bảng 4 : Sơ đồ nguyên công gia công bánh răng côn xoắn 55

Bảng 5: Bảng chế độ cắt khi gia công bánh răng côn xoắn trên máy phay cnc 5 trục 55

Bảng 6: Chọ đối tượng hình học khi gia công 5 trục 62

Bảng 7: Chọn thông số dao 63

Bảng 8: Thông số của dường chạy dao 63

Bảng 9: Thông số các chế độ vòa dao 64

Bảng 10 Sơ đồ nguyên công gia công báng răng bị động 70

Bảng 11: Thông số kỹ thuật máy phay CNC Hamai 70

Bảng 12: Thao tác tạo môi trường CAM mới khi phay bánh răng bị động 72

Bảng 13: Khai báo các thông số khi phay thô 3D 74

Bảng 14: Thao tác trên máy khi thực hiện gia công 75

Bảng 15: Bảng mã chương trình gia công 78

CAM Computer Aided Manufacturing (Sản xuất có sự trợ giúp của máy

tính) CAD/CAM Computer Aided Drawing / Computer Aided Manufacturing(Thiết kế

và sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính)

CNC Computer Numberical Control (Điều khiển số tích hợp máy tính)

NC Numberical Control (Điều khiển số)

RE Reverse Engineering (Kỹ thuật ngược)

Scan Quét, số hóa bề mặt

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Bánh răng côn xoắn là chi tiết quan trọng trong tất cả các bộ truyền dẫn Được sử dụng nhiều trong các ngànhcông nghiệp chế tạo máy bay, ô tô, máy kéo, máy công cụ… nhờ có nhiều các tính năng ưu việt hơn so với bánh răng côn răng thẳng bằng cách tạo nên bộ truyền làm việc nhịp nhàng, êm và có ít tiếng ồn, thời gian ăn khớp dài, độ bền răng lớn, độ mòn ít, độ nhạy đối với sai số khi lắp nhỏ và

có khả năng thực hiện tỉ số truyền lớn Bộ truyền bánh răng côn xoắn là các phần tử truyền công suất giữa các trục thẳng góc nhau, thường làm việc trong những điều kiện cơ học khắc nghiệt về tải và có tốc độ truyền cao

Việc thiết kế, tạo hình và chế tạo bánh răng côn xoắn rất phức tạp là chủ đề nghiên cứu chuyên sâu của các nhà khoa học, nhà thiết kế và chế tạo Trên thế giới hiện nay việc chế tạo các bộ truyền bánh răng côn xoắn được sử dụng trên các máy được chế tạo bởi Gleason Works (USA) và Klingerlnber-Oerlikon ( Germany và Switzerland) và đặc biệt là công nghệ gia công trên máy CNC 5 trục đã gia công chính xác biên dạng răng xôn xoắn Hiện nay ở nước ta việc chế tạo bánh răng côn xoắn chủ yếu được thực hiện gia công chế tạo trong một số cơ sở nghiên cứu và sản xuất chuyên dùng như: Trường đại học Bách khoa Hà Nội, nhà máy Cơ khí Z179, Viện Thiết kế máy và năng lượng mỏ, nhà máy Cơ khí Hà Nội, Hầu hết các cơ sở này đang sử dụng hệ máy cũ do Liên xô và Đức chế tạo để gia công bánh răng với dạng sản xuất đơn chiếc và loạt nhỏ, việc đầu tư chiều sâu cho lĩnh vực này chưa được quan tâm đúng mức nên năng suất, chất lượng sản phầm và giá thành không đáp ứng được yêu cầu của công nghiệp hiện đại

Nhằm mục tiêu nội địa hóa dần từng bước các sản phẩm cơ khí hiện đang nhập ngoại, góp phần phát triển mạnh mảng công nghiệp phụ trợ trong ngành công

nghiệp ô tô của Việt Nam, chính vì vậy việc chọn đề tài “NGHIÊN CỨU GIA CÔNG BÁNH RĂNG CÔN XOẮN TRÊN MÁY PHAY CNC“ là rất cần thiết Để

có thể tạo được bộ truyền bánh răng côn xoắn chất lượng cao Nhằm nội địa hóa được các sản phẩm cơ khí hiện đang nhập ngoại này

2 Mục đích của luận văn

Mục đích của luận văn là :

- Dùng phần mềm thiết kế ngược (Rapidform XOR) để tạo file 3D solid chi

tiết bánh răng côn xoắn từ mẫu có sẵn

- Xây dựng được phương pháp gia công bánh răng côn xoắn trên máy phay CNC

- Gia công trực tiếp chi tiết bánh răng côn xoắn theo phương pháp ở trên và kiểm tra đánh giá kết quả sản phẩm so với nguyên mẫu

3 Phạm vi nghiên cứu

Trong khuôn khổ luận văn, tôi tập trung giải quyết một số vấn đề sau:

- Công nghệ thiết kế ngược để tạo ra bản vẽ chi tiết bánh răng Côn Xoắn

- Gia công trên máy phay CNC

4 Bố cục luận văn

Bản thuyết minh luận văn được chia ra làm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về bánh răng côn xoắn

Chương 2: Giải mã công nghệ và thiết kế bộ bánh răng côn xoắn từ bánh

răng nguyên mẫu

Chương 3: Gia công bánh răng côn xoắn trên máy CNC

Chương 4: Kiểm tra và đánh giá sản phẩm

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ BÁNH RĂNG CÔN XOẮN 1.1 Tổng quan về bánh răng côn xoắn

1.1.1 Các thông số hình học của bánh răng côn xoắn

- Bộ truyền bánh răng côn xoắn được xếp vào loại bộ truyền có các trục giao nhau Bộ truyền này cho phép truyền chuyển động giữa hai trục giao nhau với một

tỉ số truyền xác định Các điều kiện ăn khớp đó là hai bánh răng phải có cùng modun, đỉnh của hai côn phải trùng nhau

- Bộ truyền bánh răng côn xoắn có các thông số hình học đặc trưng sau đây: + Mặt côn khởi thủy, góc khởi thủy (δ): Mặt côn được mô tả bởi trục quay tức thời trong chuyển động tương đối của bánh răng đối tiếp so với bánh răng khảo sát Nửa góc ở đỉnh của mặt côn này là góc khởi thủy

+ Mặt côn đỉnh, góc đỉnh răng (δa): Mặt côn bao lấy đỉnh của các răng Nửa góc ở đỉnh của mặt côn này là góc đỉnh răng

+ Mặt côn chân, góc chân răng (δf): Mặt côn bao lấy đáy của các răng, nửa góc ở đỉnh của mặt côn này là góc đỉnh răng

+ Đường kính chân răng (df): Đường kính vòng tròn giao tuyến của côn chân

Hình 1.1 Các thông số hình học của bánh răng côn xoắn

1.1.2 Ưu nhược điểm của bộ truyền bánh răng côn xoắn

- Hiện nay bộ bánh răng côn xoắn được sử dụng trong hầu hết các bộ phận truyền lực trong ngành chế tạo ô tô, máy kéo…

Hình 1.2 Bánh răng Côn Xoắn trong hộp Visai ô tô

và các nghành công nghiệp khác nhờ các ưu, nhược điểm sau:

a Ưu điểm

+ Có khả năng thực hiện được tỷ số truyền lớn trong không gian hẹp

+ Độ bền của bánh răng lớn, tuổi thọ của bánh răng cao do đó có thể giảm được kích thước và trọng lượng của bộ truyền mà vẫn đảm bảo được công suất truyền

+ Tăng sức bèn uốn và nén của răng, tăng tuổi thọ của bộ truyền

+ Độ mòn của bánh răng ít, sự mòn của cặp profile đối tiếp đồng đều

+ Ăn khớp êm, giảm tiếng ồn ngay cả khi có số vòng quay lớn Có khả năng điều chỉnh vùng ăn khớp

b Nhược điểm

+ Lực chiêu trục của truyền động bánh răng côn răng cong lớn hơn so với truyền động bánh răng côn răng thẳng

+ Tính toán thiết kế phức tạp hơn so với bánh răng côn răng thẳng

+ Thiết bị chế tạo bánh răng côn răng cong đắt tiền

- Mặc dù tồn tại một vài nhược điểm trên song nhờ ưu điểm của bánh răng côn xoắn, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật sẽ khắc phục dần được các nhược điểm

Vì vậy phạm vi ứng dụng của bánh răng côn xoắn ngày càng rộng rãi

1.1.3 Phân loại bánh răng côn xoắn

Tồn tại 3 hãng lớn về chế tạo máy sản xuất bánh răng côn xoắn Do vậy sẽ có

3 loại bánh răng côn xoắn sau đây:

1 Bánh răng hệ GLEASON

a Cấu tạo chung

Hình 1.3 Răng xoắn hệ Gleason

- Hình dạng của răng loại này trên bánh dẹt sinh là một cung tròn do vậy ta gọi đây là phương pháp cắt cung tròn

- Hãng Gleason đã phát triển 3 loại bánh răng có răng côn xoắn như sau: + Dạng răng Zero: Các trục của bánh nhỏ và bánh lớn giao nhau và góc xoắn trung bình bằng không ở cả hai bánh

+ Dạng răng côn xoắn: Các trục của bánh nhỏ và bánh lớn giao nhau Răng được sử dụng làm chuẩn trong khảo sát ứng với tốc độ 1/1 và 3/1

+ Dạng răng xoắn: Các trục của bánh nhỏ và bánh lớn không giao nhau và lệch một khoảng E

Hình 1.4 Các loại răng côn xoắn hệ Gleason

- Trong hệ Gleason răng có chiều cao biến đổi: Hệ Gleason chọn chiều cao răng biến đổi với trục dao phay khi tạo hìn song song với trục của mâm quay nhưng không thẳng góc với bánh dẹt sinh Chiều cao giảm đều từ phía đầu lớn đến đầu nhỏ của răng

Hình 1.5 Chiều cao biến đổi

b Nguyên lý chế tạo bánh răng côn hệ Gleason

Việc gia công bánh răng côn hệ Gleason dựa theo nguyên lý ăn khớp cưỡng bức giữa các bánh răng dẹt sinh tưởng tượng (do chiều chuyển động tạo nên) và phôi bánh răng gia công Dụng cụ cắt là dao phay mặt đầu, trên đó có gắn lưỡi dao Khi cắt răng đầu dao sẽ thực hiện hai chuyển động tạo hình:

+ Chuyển động quay quanh trục O ( theo chiều S1)

+ Chuyển động quay quanh trục đầu dao O1 với vận tốc cắt V (m/phút) (theo chiều S2) Chuyển động S2 là chuyển động tạo hình đơn giản tạo ra chiều dài răng

S2 quanh trục của nó Để tạo profin răng, bánh răng dẹt sinh (giá lắc lư) và phôi được cắt có mối quan hệ động lực học với nhau thông qua xích bao hình Nếu bánh dẹt sinh chuyển động với vận tốc góc ωd và bánh răng được cắt ωk có mối quan hệ động lực được viết:

Trong đó:

Zd: số răng của bánh dẹt sinh

Zk: số răng của bánh răng 1 hoạc 2( chủ động, bị động)

ibh: Tỉ số truyền chung của xích bao hình

Hình 1.6 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn hệ Gleason

Trong quá trình bao hình, bánh răng dẹt sinh thực hiện chuyển dộng quay quanh trục O

Sau mỗi lần gia công xong một rãnh răng, xích bao hình bị phân giải, giá lắc đảo chiều, quay về vị trí ban đầu, bánh răng được cắt thực hiện phân độ liên tục và chuẩn bị chu kỳ gia công mới, cứ như thế cho đến khi gia công hết răng

2 Răng xoắn hệ KLINGELNBERG

a Cấu tạo chung

Dạng răng này trên bánh dẹt sinh phẳng xấp xỉ một đường thân khai có vòng

cơ bản R theo hệ palloid

Hình 1.7 Bánh răng côn xoắn hệ KLINGELNBERG

b Nguyên lý chế tạo

Nguyên lý chế tạo bánh răng Klingelnberg khác với nguyên lý chế tạo bánh răng Gleason cơ bản là sử dụng đầu dao phay lăn côn làm việc theo nguyên lý bao hình liên tục Bánh răng có chiều cao răng giống nhau trên toàn bộ chiều rộng vành răng Chế tạo bánh răng côn xoắn hệ Klingelnberg dựa trên nguyên lý ăn khớp cưỡng bức giữa bánh răng dẹt sinh tưởng tượng ( giá lắc đóng vai trò là dao và bánh răng đóng vai trò là phôi) Để tạo hình bánh răng Klingelnberg dao phay trục vít thực hiện chuyển động S3 quay quanh trục của nó tạo ra tốc độ cắt gọt, đầu dao thêm chuyển động phụ S1 để dao phay trục vít lăn trên mặt côn bánh dẹt sinh Bánh dẹt quay quanh trục tâm máy với chuyển động S4 Bánh răng chuyển động quanh trục S2 của nó

Hình 1.8 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn hệ KLINGELNBERG

Để tạo hình biên dạng răng của bánh răng máy cần phải thực hiện các mối liên kết động học giữa các khâu chấp hành như sau:

• Mối liên hệ động học giữa Dụng cụ- Bánh dẹt sinh:

• Mối liên hệ động học giữa bánh dẹt sinh – giá lắc:

• Mối liên hệ giữa bánh dẹt sinh – phôi

3 Răng xoắn hệ OERLIKON

a Cấu tạo chung

Hình 1.9 Bánh răng côn xoắn hệ OERLIKON

Dạng răng này trên bánh dẹt sinh phẳng là đường espicycloid nối dài ( hệ cyclo-palloid) Dụng cụ được gắn với vòng có bán kính ρ Vòng này lăn không trượt trên vòng tròn có bán kính r ( bán kính cơ sở)

Bánh răng côn xoắn hệ Klingelnberg và Oerlikon răng có chiều cao không đổi Trục dao phay song song với trục mâm quay và thẳng góc với bánh dẹt sinh Bánh dẹt sinh song song với đường sinh chân răng

Hình 1.10 Chiều cao không đổi

b Nguyên lý chế tạo

Đây là loại bánh răng côn xoắn có dạng răng theo đường Epicyloid kéo dàu, chiều cao răng không thay đổi trên toàn bộ vành răng Ta tưởng tượng rằng một đường tròn trên đó có gắn chặt các profin cơ bản của bánh răng với đường tròn cơ

sở Ko. Trên bánh dẹt có các đường xoắn theo dạng đường Epicyloid kéo dài với profin thẳng trong mặt phẳng pháp tuyến Trên đầu dao bố trí các nhóm dao cắt mặt lồi và mặt lõm biên dạng răng

Để chế tạo bánh răng Oerlikon máy có chuyển động sau: Bánh dẹt sinh chuyển động quay quanh trục tâm máy ( S1, S2*) Chuyển động tạo ra tốc độ cắt gọt của đầu dao (S2, S2*) Chuyển động của phôi quanh trục của nó ( S3, S3*) Với chiều chuyển động của phôi, dao, bánh dẹt sinh phù hợp cho ta các dạng răng Epicicloit kéo dài hoạc hypoit kéo dài

Để tìm mối liên hệ động học giữa các cơ cấu chấp hành ta giả thiết rằng trục

On không chuyển động, đầu dao cùng với đường tròn Ko quay quanh On không chuyển động, đầu dao cùng với đường tròn Ko quay quanh On

Hình 1.11 Nguyên lý tạo hình bánh răng côn hệ OERLIKON

1.2 Lựa chọn chi tiết bánh răng côn xoắn cần chế tạo

Trong khuôn khổ luận văn này, tôi chọn mẫu chế tạo là bộ bánh răng Côn Xoắn ( chủ động và bị động) dùng trong bộ truyền Visai cầu sau dòng xe 7 chỗ của hãng SUZUKI của nhật bản có mã số như sau:

+ Bánh chủ động ( côn xoắn): 08076

Hình 1.12 Bánh răng chủ động nguyên bản

+ Bánh bị động ( vành chậu):06124

Hình 1.13 Bánh răng bị động nguyên bản

Kết luận chương 1:

Trong phần chương 1 này, tác giả đã đi tìm hiều về bộ truyền bánh răng côn xoắn: các loại biên dạng, công nghệ tạo hình, phương pháp chế tạo…Chọn được bộ truyền bánh răng nguyên bản để nghiên cứu gia công

Chương 2 GIẢI MÃ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT KẾ BỘ BÁNH RĂNG

CÔN XOẮN TỪ BÁNH RĂNG NGUYÊN MẪU

2.1 Tổng quan về kỹ thuật ngược

2.1.1 Giới thiệu về kỹ thuật ngược

- Hiện nay, để nâng cao năng suất, độ chính xác chế tạo và đơn giản hóa quy trình công nghệ, công nghệ kỹ thuật ngược ngày càng được sử dụng rộng rãi tại các nước phát triển trên thế giới và đang dần được các doanh nghiệp trong nước khai thác và ứng dụng mạnh mẽ

- Vậy bản chất của công nghệ này là gì? Thiết kế ngược cụm từ gốc trong tiếng anh là Reverse Engineering (Re) có bản chất là sử dụng các loại máy đo 3D

để số hóa các sản phẩm, mô hình có sẵn ( tạo ra đám mây điểm của mô hình, sản phẩm) sau đó sử dụng các phẩm mềm thích hợp (Rapidform, SolidWorks, Catia ) tạo ra các mô hình CAD sản phẩm dưới dạng solid hoạc surface

- Để rõ hơn ta tham khảo quy trình thiết kế phần thân xe hơi như sau:

* Bước 1: Tạo kiểu dáng

Xuất phát từ ý tưởng sơ khai các họa sỹ chuyên nghiệp sẽ vẽ thật nhiều mẫu

mã mới, sau đó chọn lọc lại mẫu mã phù hợp với yêu cầu nhất:

Hình 2.1 Minh họa tạo ý tưởng thiết kế xe

• Bước2: Tạo mô hình thật ( mô hình đất sét)

Hình 2.2 Tạo mô hình đất sét

• Bước 3: Số hóa mô hình bằng phương pháp Scan 3D

Hình 2.3 Thao tác scan mô hình đất sét

Bước này sẽ sử dụng các thiết bị Scan 3D để quét biên dạng của sản phẩm để tạo ra mô hình đám mây điểm hoạc lưới tam giác

• Bước 4: Thiết kế ngược ( tạo ra mô hình Cad của vật thể ở dạng Solid hoạc Surface

Hình 2.4 Tạo mô hình CAD vật thể

2.1.2 Ưu nhược điểm của phương pháp thiết kế ngược

a Ưu điểm

- Rút ngắn được thời gian chế tạo, mang lại năng suất cao trong sản xuất

- Từ mô hình CAD từ công nghệ này, có thế chỉnh sửa, thiết kế theo ý muốn một cách linh hoạt, mà trước đây chúng ta cần phải tạo mô hình mẫu thử từ đất sét, thạch cao…

- Có thể kiểm tra nhanh chóng chất lượng sản phẩm thông qua mô hình CAD ban đầu và máy Scan

- Dễ dàng tái tạo lại nhiều mô hình mà không có bản vẽ CAD

mã sản xuất với hình dáng sao chép từ các mẫu: xe máy, ô tô, đồ gia dụng… có sẵn trên các thị trường

Kỹ thuật ngược được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều các lĩnh vực như: + Lĩnh vực cơ khí: thiết kế sản xuất ra sản phẩm cơ khí từ các sản phẩm cơ khí cho trước

+ Lĩnh vực y học: với các thiết bị y tế như: chân tay giả…cho người khuyết tật + Lĩnh vực xây dựng: các kiểu kiến trúc Nhà cần sửa lại, một số chi tiết hoa văn cần phải scan và dựng lại

+ Lĩnh vực nghệ thuật: với nhu cầu chế tạo các sản phẩm điêu khắc…

2.2 Thiết bị đo quét mẫu bánh răng côn xoắn

2.2.1 Tổng quan về thiết bị đo quét mẫu

Căn cứ vào phương pháp đo dữ liệu, phân loại thành 2 phương pháp đo:

- Phương pháp đo tiếp

- Phương pháp đo không tiếp xúc

a Phương pháp đo tiếp xúc

- Phương pháp đo tiếp xúc: dùng đầu đo, tiếp xúc trực tiếp với bề mặt của chi tiết Với các vị trí tiếp xúc đã lập trình trước hoặc điều khiển bằng tay và được liên tục ghi lại các vị trí tọa độ nhận được

- Đây là phương pháp đo các thông số theo phương pháp tọa độ và dùng các máy đo tọa độ 3 chiều ( CMM_ Coordinate Mesuring Machine )

* Ưu điểm:

- Độ chính xác đo khá cao, độ chính xác 0.1 micromet _ 0.5 micromet

- Sử dụng đầu đo linh hoạt, phù hợp với các chi tiết cần đo

- Kết quả đo thuận lợi cho quá trình thiết kế các bề mặt chi tiết, do kết quả đo

có hướng và là tập hợp lên các đương curve

* Nhược điểm:

- Tốc độ đo không cao: quá trình đo tốn nhiều thời gian đối với các chi tiết

có bề mặt phức tạp Tốc độ đo khoảng 10 – 1000 điểm/ phút, chậm hơn rất nhiều so với công nghệ đo không tiếp xúc

- Phương pháp này dùng đầu đo, do đó với các vị trí rãnh hẹp hơn bán kính đầu đo, hoặc các cạnh sắc của chi tiết thì phương pháp này gặp khó khăn và kết quả không chính xác

b Phương pháp đo không tiếp xúc

Trong phương pháp này, thiết bị đo sử dụng các tia quang học, âm thanh hay

từ trường để thu nhận dữ liệu Phương pháp này thu nhận dữ liệu bằng các vùng dữ liệu Trong khi phương pháp đo tiếp xúc thu nhận dữ liệu theo từng dòng điểm và thậm chí là thu nhận một điểm trong một lần quét

* Ưu điểm:

- Thời gian hoàn thiện quá trình quét mẫu nhanh

- Không ảnh hưởng đến vật mẫu cần đo, ví dụ như vật mẫu làm bằng các chất liệu mềm, đảm bảo được tính toàn vẹn của mẫu quét

* Nhược điểm:

Phương pháp này có giá thành cao, do thiết bị máy móc hiện đại

2.2.2 Tìm hiểu về máy quét 3D dùng ánh sang xanh của hãng GOM để quét mẫu bánh răng côn soắn

Phương pháp để đo bộ mẫu bánh răng côn xoắn trong đề tài là phương pháp

đo không tiếp xúc Thiết bị dùng để đo là máy quét 3D ATOS của hãng GOM ( của Đức) do công ty AIE là đị diện phân phối Đây là thiết bị đo hiện đại nhất, cho kết quả đo chính xác nhất Chỉ trong 1,3 giây 2 camera của ATOS có thể thu được toàn

bộ vân sáng đen trắng phản xạ từ bề mặt sản phẩm đo ATOS có khả năng scan dữ liệu nhanh và chính xác các kích thước 3D của sản phẩm Máy scan ATOS dựa trên nguyên lý phép đo đạc tam giác Đầu project phát ra vân sáng trắng đen chiếu lên vật scan Hai camera sẽ ghi lại ánh sáng phản xạ Dựa trên dữ liệu này và các công thức quang học phần mềm sẽ tính toán và dựng lại bề mặt 3D của vật can dưới dạng lưới tam giác

Hình 2.5: Máy Scan Atos

Máy có các thông số kỹ thuật chính như sau:

Số điểm đo trong một lần scan 2 triệu điểm

Khoảng cách từ máy đến sản phẩm 700mm

Khoảng cách giữa các điểm đo 0,06-0,25mm

Bảng 1: Thông số kỹ thuật máy scan Atos

2.2.3 Thao tác đo quét mẫu bánh răng

Hình 2.6 Thao tác quét mẫu

Kết quả ta thu được 2 file quét như ở dưới đây

Banhramgconxoan.stl

Banhrangvanhchau.stl

Hình 2.7 Bánh răng côn xoắn Hình 2.8 Bánh răng vành chậu

2.3 Phầm mềm thiết kế ngược Rapidform XOR

2.3.1 Giới thiệu chung về phần mềm thiết kế ngược Rapidform XOR

- Phần mềm thiết kế ngược Rapidform XOR trước đây là sản phẩm của công ty INUS với trụ sở chính đặt tại Seoul, Hàn Quốc Hiện nay đã kết hợp với phần mềm Geomagic của hãng 3DSYSTEMS để tạo ra sản phẩm mới có tên là Geomagic Design X

- Hỗ trợ người dùng tạo mô hình tham số 3D thông qua việc xử lý dữ liệu từ các file quét 3D Quản lý mô hình tham số CAD với cây thư mục tham số “Feature tree” giúp người dùng tiện lợi trong việc thay đổi hoặc sửa chữa bất cứ lúc nào, ngoài ra Rapidform XOR còn hỗ trợ người dùng chuyển đổi định dạng file hoàn thành sang rất nhiều định dạng của phần mềm CAD khác , có thể kể đến một số phần mềm thông dụng hiện nay như Solidworks , Catia , ProE , NX , Autocad v.v…

- Rapidform XOR tập trung chủ yếu vào việc nhập dữ liệu đầu vào là đám mây điểm hoạc lưới tam giác, sử dụng các tính năng để tạo ra mô hình dạng solid hoạc surface một cách mạnh mẽ, nhanh chóng và chính xác Thông qua chức năng

Accuracy Analyzer để có thể kiểm tra, đánh giá độ chính xác ( đánh giá sai số) của

mô hình CAD tạo được so với dữ liệu đám mây điểm

- Rapidform XOR chỉ tập trung vào viêc tạo ra mô hình CAD từ dữ liệu đám mây điểm, không có môi trường lắp ráp (Assembly) hoạc môi trường tạo bản

- Giao diện chính của phần mềm:

Hình 2.9 Giao diện phần mềm Rapidform

- Bao gồm các modun chính như sau:

* Mesh : Chế độ này giúp người dùng có thể chỉnh sửa các biên

dạng, tái tạo các lưới tam giác, tối ưu hóa lưới để có thể tạo ra lưới tam giác tối ưu trước tạo solid hoạc bề mặt

* REGION GROUP : Chế độ này giúp phân vùng dữ liệu lưới thành các vùng riêng biệt Từ các vùng đó, trợ giúp trong việc tạo ra các mặt phẳng tham chiếu, hoặc xác định được cấu trúc cơ bản của bề mặt dữ liệu

* MeshSketch : Đây là điểm mạnh nhất của Rapid, thông qua chế độ này người dùng có thể tạo ra một bản vẽ phác thảo tại bất kỳ vị trí nào trên

dữ liệu điểm đang có

* Sketch : Giúp tạo ra bản vẽ phác thảo, trong đó bao gồm các lệnh:

Vẽ đường thẳng (Line), đường tròn (Circle), hình cữ nhật (Rectangle)…vv Phần này giống với các phần mềm CAD thông dụng khác như SolidWorks…

* 3D Mesh Sketch : Chế độ này giúp tạo ra đường 3D trên lưới

dữ liệu, từ đó làm cơ sở để tạo ra mô hình CAD

* 3D Sketch : Chế độ này hôc trợ tạo ra các bản vẽ dạng3D trên không gian Chức năng này chỉ thao tác trên môi trường CAD hoạc độc lập với dữ liệu lưới tam giác ( giống phần mềm CAD thông dụng khác)

* Ngoài ra các lệnh để tạo các mô hình solid hoạc surface như: Extrude , Revolve giống với các phần mềm CAD khác đặc biệt là SolidWorks

2.4 Ứng dụng phần mềm thiết kế ngượcRapidform XOR để thiết kế mô hình 3D dạng solid cho cặp bánh răng côn xoắn( chủ động và bị động) của dòng xe 7 chỗ của hãng SUZUKI

2.4.1 Thiết kế ngược chi tiết bánh răng chủ động ( bánh răng côn xoắn)

- Như đã trình bày ở trên mẫu bánh răng côn xoắn , sử dụng máy Scan 3D

thu được dữ liệu lưới tam giác có tên như sau: banhrangconsoan.STL

- Việc thiết kế ngược chi tiết này được thực hiện thông qua các bước như sau:

* Bước 1: Nhập và phân vùng dữ liệu:

+ Nhập dữ liệu scan vào phần mềm theo đường dẫn: insert/ import/ và chọn

file bánh răng đã quét: banhrangconsoan.STL

Hình 2.10 Dữ liệu quét bánh răng côn xoắn

+ Sử dụng chức năng Region Group

Kích vào lệnh trên thanh công cụ để vào lệnh region group, kích lệnh và kích nút Ok phần mềm XOR sẽ tự động phân vùng dữ liệu thành các vùng riêng biệt giống như vùng màu trên hình vẽ dưới dây:

Hình 2.11 Kết quả khi thực hiện lệnh Region Group

+ Thoát khỏi chế độ region group bằng cách kích nút

* Bước 2: Tạo phần trục bánh răng

+ Tạo một Mesh Sketch qua mặt Top: Kích lệnh trên thanh công cụ, kích mặt Top

Hình 2.12 Tạo môt Mesh Sketch qua mặt Top

Sau đó kích nút OK

+ Vẽ một mặt phác thảo giống như hình dưới đây:

Hình 2.13 Vẽ một Sketch biên dạng trục bánh răng

Sau đó thoát khỏi chế độ Mesh Sketch

+ Sử dụng lệnh tạo khối Revolve : Kích lệnh trên thanh

công cụ và chọn Sketch 1

Hình 2.14 Thực hiện lệnh Revolve Sau đó kích nút Ok thu được kết quả như hình dưới:

Hình 2.15 Kết quả sau khi thực hiện lệnh Revolve

* Bước 3: Vẽ phần then hoa

+ Tạo mặt Plane 2 như dưới đây:

Hình 2.18 Vẽ một Sketch qua mặt Plane2 Sau đó thoát khỏi chế độ Mesh sketch

+ Tạo một Mesh sketch qua mặt Plane 3 giống như hình dưới dây:

Hình 2.19 Tạo một Mesh sketch qua mặt Plane 3 Sau đó kích nút Ok để thoát khỏi chế độ Mesh sketch

+ Sử dụng lệnh Sweep với hai Mesh sketch 2 và 3 vừa tạo được

Hình 2.20 Tạo lệnh Sweep

Kích nút Ok, kết quả thu được như hình vẽ:

Hình 2.21 Kết quả sau khi thực hiện lệnh Sweep

+ Sử dụng lệnh để tạo ra 18 rãnh then như hình vẽ:

Hình 2.22 Thực hiện lệnh Circular Pattern

Kích nút ok để thực hiện lệnh Kết quả thu được như hình vẽ:

Hình 2.23 Kết quả sau khi thực hiện lệnh Circular Pattern

+ Dùng lệnh Boolean để tạo các rãnh then trên trục:

Hình 2.24 Thực hiện lệnh Boolean

Nhấn nút Ok để kết thúc, kết quả thu được như trên hình vẽ:

Hình 2.25 Kết quả sau khi thực hiện lệnh Boolean

* Bước 4: Tạo đường kính đỉnh răng

+ Tạo đường kính đỉnh răng: Kích lệnh Mesh sketch trên thanh công cụ

lựa chọn chế độ Chọn vecter1 trong mục

và măth Top trong mục

Hình 2.26 Thực hiện lệnh Mesh sketch tạo đường kính đỉnh răng

Sau đó kích nút Ok