TỐNG QUAN VỀ CÁC CHI TIẾT RĂNG VÀ DỤNG CỤ GIA CÔNG
Tổng quan
Bánh răng có biên dạng cung tròn đang ngày càng phổ biến trong các bộ truyền bánh răng So với các biên dạng khác, biên dạng cung tròn mang lại nhiều ưu điểm nổi bật 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 ứng dụng phổ biến trong các hộp giảm tốc tốc độ thấp và truyền động công suất lớn Phiên bản đầu tiên của loại bánh răng này được phát triển dựa trên phương pháp tạo hình bằng dao thanh răng biên dạng cung tròn do Novikov-Wildhaber đề xuất Kể từ khi ra đời, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để phát triển lý thuyết tạo hình, tính toán thiết kế và công nghệ gia công cho bánh răng biên dạng cung tròn.
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) đã tiến hành nghiên cứu mô hình toán học cho mặt răng của bánh răng cung tròn và răng cong, dựa trên lý thuyết bao hình Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích sai số động học và vết tiếp xúc của cặp bánh răng được đề xuất.
Răng ăn khớp Nivokov được thiết kế với profin răng theo hình cung tròn, trong đó profin răng lõm có bán kính lớn hơn profin răng lồi Điểm khác biệt giữa ăn khớp Novikov và ăn khớp thân khai là đường ăn khớp theo chiều cao, tạo thành góc 90 độ với phương của răng, và trong quá trình làm việc, điểm tiếp xúc của các răng dịch chuyển theo đường thẳng song song với trục quay của bánh răng, được gọi là đường ăn khớp Khoảng cách từ gốc ăn khớp tới đường ăn khớp được gọi là hệ số dịch chỉnh e, có liên quan đến tốc độ trượt của các bề mặt răng Khi hoạt động nhanh, các răng ăn khớp trên toàn bộ chiều cao, dẫn đến việc ăn khớp điểm trở thành ăn khớp đường Bộ truyền ăn khớp Novikov có ưu điểm nổi bật là khả năng chịu tải trọng lớn và độ chống mài mòn cao hơn so với ăn khớp thân khai, do đó, nó là lựa chọn ưu tiên cho các máy móc cần làm việc lâu dài và đảm bảo tải trọng lớn Hơn nữa, với thiết kế không ăn khớp theo chiều cao, các bánh răng có dạng răng nghiêng, giúp bộ truyền ăn khớp Novikov hoạt động êm ái hơn so với bộ truyền ăn khớp thân khai.
Phương pháp chế tạo, dụng cụ gia công
Phương pháp bao hình để tạo hình biên dạng răng cung tròn tương tự như phương pháp tạo hình biên dạng thân khai, nhưng có sự khác biệt Trong khi biên dạng thân khai có thể có các đặc điểm khác nhau, thì thanh răng trong bánh răng cung tròn được thiết kế với một đường cong trơn, đều, là tổ hợp của nhiều cung tròn.
Phương pháp gia công bánh răng bằng dao phay lăn cho phép dụng cụ cắt lăn trên vành của bánh răng, giúp các lưỡi cắt dần dần chiếm vị trí chính xác theo profin của bánh răng Mỗi loại dao phay được thiết kế riêng cho từng loại bánh răng và sử dụng trên máy chuyên dụng, mang lại năng suất và độ chính xác cao, phù hợp cho 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
Phương pháp gia công bánh răng sử dụng dụng cụ cắt có lưỡi dạng răng, cắt từng rãnh răng và phân độ một góc 360/Z cho đến răng cuối cùng Phương pháp này định hình bánh răng dạng cung tròn tương tự như bánh răng thân khai, nhưng khác biệt ở profin Để gia công bánh răng, cần sử dụng dao phay modun và đầu phân độ, trong đó độ chính xác 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.
Chi tiết răng biên dạng cycloid
Bánh răng cycloid là một loại bánh răng phổ biến, sử dụng hai đường cong epicycloid và hypocycloid để tạo ra biên dạng chính xác và sự ăn khớp hiệu quả Trong cơ chế hoạt động, hai bánh răng lăn không trượt, với đường kính vòng chia được xác định trên vòng tròn ăn khớp Đỉnh răng của bánh răng bị động và chân răng của bánh răng chủ động có cùng một phương trình, đảm bảo sự ăn khớp Đường kính vòng sinh được hình thành từ tỷ lệ bán kính của các bánh răng, trong khi chân răng và đỉnh răng có thể là đường thẳng hoặc đường cong để duy trì sự ăn khớp Khi hai bánh răng ăn khớp, chúng tạo ra đường tròn ăn khớp, với profin đỉnh răng dạng epicycloid và profin chân răng dạng hypocycloid Đường cycloid mô tả quỹ đạo chuyển động của một điểm trên đường tròn khi nó lăn không trượt trên đường thẳng, trong khi đường epicycloid và hypocycloid mô tả quỹ đạo của một điểm trên đường tròn khi nó lăn không trượt bên ngoài và bên trong một đường tròn khác.
Các ưu điểm của bộ truyền bánh răng Cycloid:
+ Hệ số trùng khớp lớn
+ Áp suất tiếp xúc cực đại nhỏ vì biên dạng lồi tiếp xúc với biên dạng lõm
+ Hệ số trượt là hằng số và nhỏ hơn trị số lớn nhất ở cặp bánh răng thân khai tương ứng
Áp lực, ma sát và độ mài mòn của răng khi tiếp xúc với bề mặt lồi của đàu răng so với bề mặt lõm của chân răng là yếu tố quan trọng, và chúng nhỏ hơn so với khi 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:
Bộ truyền bánh răng biên dạng Cycloid được ưa chuộng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và hoạt động êm ái, chẳng hạn như trong đồng hồ đeo tay, đồng hồ treo tường, đồng hồ so và bơm bánh răng.
Biên dạng Cycloid, khi áp dụng phương pháp phay định hình hoặc phay lăn răng, xọc bao hình, có thể dẫn đến việc không đảm bảo độ chính xác về biên dạng răng, tỷ số truyền và bước răng.
- Phương pháp dập thể tích
Phương pháp gia công áp lực là kỹ thuật tạo hình hiệu quả, cho phép biến dạng và định hình kích thước răng mà không cần thêm kim loại thừa, mà thông qua việc phân bố lại lớp kim loại Sau quá trình biến dạng, kim loại đạt được độ bền và độ cứng cao hơn, đồng thời lớp ngoài cùng tạo ra ứng suất dư nén, góp phần cải thiện khả năng chịu tải của răng Ngoài ra, khuôn dập được sản xuất với độ chính xác cao nhờ vào công nghệ gia công tia lửa điện.
- Gia công trên máy CNC
Bánh răng cycloid có thể gia công trên máy mài CNC, phay CNC, gia công bằng laze, dây EDM,…
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
Dập tạo hình đĩa xích trong khuôn, sản phẩm có chất lượng tốt, độ bền, độ cứng cao nhờ ưu điểm của gia công áp lực
Hình 1.5 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)
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,…
Bánh cóc
Bánh cóc là một chi tiết cơ khí có dạng răng, được thiết kế để tạo ra chuyển động quay một chiều từ chuyển động tịnh tiến Nó chỉ cho phép quay theo một chiều nhất định và có thể quay ngược lại khi được điều khiển Thông thường, profin của bánh cóc không đối xứng.
Hình 1.7 Các loại bánh cóc
Bánh cóc là một thành phần quan trọng trong đồng hồ và được sử dụng làm cơ cấu chặn trong các máy nâng chuyển như thiết bị dừng bánh cóc và tay quay an toàn Ngoài ra, nó còn thực hiện chuyển động quay tròn một chiều không liên tục, được ứng dụng trong cơ cấu chạy dao của máy bào ngang, máy xọc, và cơ cấu dẫn tiến trong đường dây tự động, cũng như trong líp xe.
Một số loại bánh cóc có profin không đối xứng không thể sử dụng phương pháp phay lăn để chế tạo Thay vào đó, bánh cóc có thể được sản xuất thông qua phương pháp định hình bằng dao phay định hình và đầu phân độ, hoặc sử dụng các phương pháp dập, gia công trên máy CNC với công nghệ cắt bằng laze và tia nước.
Then hoa
Mối ghép then là phương pháp cố định các chi tiết máy trên trục theo phương tiếp tuyến, giúp truyền tải trọng từ trục đến các chi tiết máy lắp trên trục và ngược lại Ví dụ, mối ghép này thường được sử dụng để gắn kết bánh răng, bánh vít, bánh đai, bánh đà, và đĩa xích Mối ghép then hoa có thể được xem như một dạng mối ghép then bằng, với nhiều then được liên kết chặt chẽ với trục.
Thân khai là một loại then hoa có hình dạng đặc biệt (hình 1.8b), và quá trình chế tạo của nó tương tự như việc sản xuất bánh răng Tuy nhiên, loại then này không được sử dụng rộng rãi.
- Then hoa tam giác: profin then có dạng tam giác (hình 1.8c) Loại then hoa này ít được dùng trong thực tế
- Then hoa hình thang: profin then có dạng hình thang, cũng như then hoa tam giác, then hoa hình thang cũng không được dùng nhiều
Then hoa chữ nhật, hay còn gọi là profin then, là loại then có hình dạng chữ nhật (hình 1.8a) Đây là loại then hoa phổ biến nhất nhờ vào nhiều ưu điểm như khả năng chịu lực tốt và dễ dàng trong quá trình chế tạo.
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 loại mối ghép mà moayơ không thể di trượt dọc trục Trong đó, then hoa có thể có hình trụ hoặc hình côn Then hoa hình côn mang lại ưu điểm là moayơ và trục khít chặt, giúp hoạt động hiệu quả ngay cả khi tải trọng thay đổi Loại mối ghép này thường được sử dụng phổ biến trong ô tô và máy kéo.
Mối ghép di động là loại mối ghép cho phép moayơ di chuyển dọc theo trục, thường được sử dụng trong các hộp tốc độ của máy công cụ Loại mối ghép này sử dụng then hoa hình trụ, thường được áp dụng khi có tải trọng lớn và yêu cầu độ đồng tâm cao giữa các trục.
Then hoa được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp bao hình sử dụng dao phay lăn trục trên máy chuyên dụng, mang lại năng suất và độ chính xác cao Mặc dù cũng có thể chế tạo bằng phương pháp xọc bao hình như bánh răng, nhưng phay lăn vẫn là phương pháp phổ biến nhất Đối với then hoa có profin thân khai, dao phay lăn răng tương ứng được sử dụng để gia công Trong các chương sau, chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về cơ sở lý thuyết và quy trình chế tạo dao phay lăn trục then hoa răng chữ nhật.
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
Hoa có thể được chế tạo bằng phương pháp bào và xọc, nhưng những phương pháp này, cùng với phay định hình, ít được ưa chuộng hơn do năng suất và độ chính xác không đạt yêu cầu như phương pháp bao hình.
Hình 1.10 Phay định hình then hoa
Kết luận: Qua chương này, tôi đã nắm bắt được các loại chi tiết răng với biên dạng không thân khai, cùng với phương pháp chế tạo, dụng cụ sử dụng, cũng như những ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của chúng.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ THIẾT KẾ
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) thường được áp dụng khi mối ghép chịu tải trọng lớn và yêu cầu độ chính xác đồng tâm không cao Độ chính xác đồng tâm giữa trục và bạc không cao, vì vậy cần đảm bảo chính xác bước then để tải trọng được phân bố đều trên các then.
Định tâm theo đường kính ngoài D (Hình 2.1 b) cho phép đạt độ chính xác đồng tâm cao do kích thước D lớn hơn d Tuy nhiên, phương pháp này không khả thi khi mayơ yêu cầu độ rắn bề mặt cao vì rãnh then trên không thể mài được Hơn nữa, tải trọng phân bố trên các then không đồng đều, ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống.
Định tâm theo đường kính trong d (Hình 2.1 c) mang lại độ chính xác đồng tâm cao, cho phép mài rãnh trên trục, phù hợp với yêu cầu độ cứng bề mặt của trục và bạc then hoa Phương pháp này thường được áp dụng trong thực tế, mặc dù tải trọng phân bố không đều trên các then.
Hình 2.1 Các phương pháp định tâm mối ghép then hoa
Gia công then hoa răng chữ nhật có nhiều phương pháp, trong đó, phay lăn then hoa trên máy chuyên dụng là phương pháp phổ biến nhất nhờ vào năng suất và độ chính xác cao.
Trong chương này, ta sẽ nghiên cứu cơ sở lý thuyết để thiết kế dao phay lăn trục then hoa.
Nguyên lý thiết kế
Trục then hoa không trực tiếp tương tác với chi tiết nào mà chỉ gắn kết với lỗ then hoa, do đó không thể sử dụng để thiết kế các dụng cụ cắt như dao phay lăn răng Khi thiết kế dao phay lăn trục then hoa, cần giả định rằng trục then hoa (bánh răng) sẽ kết hợp với thanh răng Thanh răng được tính toán sẽ là thanh răng khởi thủy cho trục vít cơ bản của dao phay lăn trục then hoa.
Profin lưỡi cắt dao phay lăn trục then hoa được thiết kế để ăn khớp với trục then hoa, cho phép thanh răng chuyển động tịnh tiến khi trục then hoa quay quanh tâm của nó Khi thanh răng di chuyển trên đường thẳng tâm tích, dao phay quay một vòng quanh trục của nó, đồng nghĩa với việc phôi (trục then hoa) cũng phải quay một bước trên vòng tròn tâm tích Mối quan hệ chuyển động này được đảm bảo bởi hệ thống xích tạo hình.
Tiết diện pháp tuyến profin chi tiết – trục then hoa
Để thiết kế profin lưỡi cắt dao phay lăn trục then hoa, cần xác định profin thanh răng phù hợp với trục then hoa Điều này bắt đầu bằng việc xác định profin chi tiết trong tiết diện pháp tuyến với trục.
- Đường kính ngoài tính toán: Dct = D max
- Đường kính chân răng tính toán: D it = D imin + 0,25∆D i
- Chiều rộng then B, số then Z c
- Chiều rộng then tính toán B t : B min + 0,25∆B; B = 2e =2r 0
- Góc profin tại điểm P là γ: r.sinγ = R e sinγe = R i sinγi = B/2 = e = r
- Bước pháp tuyến theo vòng tròn tâm tích: 2 c c t r Z
- Chiều dày răng trên cung tròn vòng tròn tâm tích S e1 = 2r.γ
- Chiều rộng rãnh theo cung vòng tròn tâm tích
Xác định profin lưỡi cắt bằng phương pháp đồ thị
Phương pháp này dựa trên nguyên lý thiết kế, trong đó chi tiết quay và dụng cụ tịnh tiến với điều kiện hai đường tâm tích lẫn không trượt lên nhau Trong quá trình chuyển động, cần xác định điểm tiếp xúc giữa lưỡi cắt và chi tiết Theo nguyên lý bao hình, tại điểm tiếp xúc C của hai prôfin sẽ có tiếp tuyến và pháp tuyến chung, trong đó pháp tuyến chung phải đi qua tâm quay tức thời p Tâm quay tức thời tại các thời điểm tương ứng là điểm tiếp xúc của hai đường tâm tích, bao gồm vòng tròn r của chi tiết và đường thẳng D của dụng cụ (thanh răng).
Dựa trên các chuyển động tạo hình và nguyên lý hoạt động, prôfin chi tiết được thể hiện qua hình vẽ cùng với vòng tròn tâm tích r tiếp xúc với đường thẳng tâm tích D của dụng cụ.
Tại thời điểm ban đầu khi vẽ, prôfin lưỡi cắt và chi tiết tiếp xúc tại điểm P, là điểm của chi tiết trên vòng tròn tâm tích r và của dao trên đường thăng tâm tích D Chi tiết chuyển động quay trong khi dụng cụ tịnh tiến theo phương song song với đường thẳng tâm tích với tốc độ V, với điều 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
Để xác định điểm tiếp xúc C giữa prôfin chi tiết và lưỡi cắt dao, từ điểm P hạ đường vuông góc với profin chi tiết, pháp tuyến PC sẽ là pháp tuyến chung tại điểm C, đi qua tâm quay tức thời P Điểm C không chỉ là điểm lưỡi cắt mà còn là điểm prôfin chi tiết tại thời điểm cụ thể Tập hợp tất cả các điểm C ở các thời điểm khác nhau sẽ tạo thành đường cong, được gọi là đường tạo hình Trong quá trình chuyển động, profin lưỡi cắt và chi tiết tiếp xúc với nhau tại các điểm trên đường tạo hình Để xác định prôfin lưỡi cắt, điểm tiếp xúc C được lùi lại một đoạn bằng cung Pd, tạo thành các điểm ai Do đó, các điểm a sẽ tạo thành profin lưỡi cắt, phản ánh sự dịch chuyển của lưỡi cắt so với vị trí ban đầu.
Hình 2.4 Xác định profin lưỡi cắt bằng phương pháp vẽ a) Tạo hình phần đầu răng; b) Tạo hình phần chân răng
Xác định profin lưỡi cắt bằng phương pháp giải tích
2.5.1 Xác định profin lƣỡi 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
- PX 0 Y 0 hệ trục cố định c 11 a 11 d 11 e 11
Tại thời điểm bất kỳ φ i, chi tiết quay ở vị trí i và điểm tiếp xúc Ci giữa dụng cụ và chi tiết được xác định Tọa độ điểm Ci trong hệ trục gắn liền với dụng cụ thể hiện phương trình của prôfin lưỡi cắt Đồng thời, tọa độ điểm Ci trong hệ trục gắn liền với chi tiết sẽ cho ra phương trình của prôfin chi tiết Cuối cùng, tọa độ điểm Ci trong hệ cố định PX 0 Y 0 sẽ 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 C i tiếp xúc của dao và chi tiết sau khi chi tiếtquay một góc φ i
Toạ độ điểm Ci trong hệ PX 0 Y 0 được xác định như sau:
.sin sin cos sin sin cos
.sin sin sin sin sin sin sin i i i i c i x PC PC PD DC
0 sin sin cos sin sin sin x r y r
Phương trình profin lưỡi cắt
Điểm C i trong hệ tọa độ Oxy được xác định thông qua dụng cụ như hình 2.5, với việc chi tiết quay một góc φ i, dẫn đến việc dụng cụ di chuyển một đoạn PO = r.φ i.
0 sin sin cos sin sin cos
sin sin cos sin sin sin x r y r
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 điểm P làm gốc tọa độ, nơi chi tiết và dụng cụ tiếp xúc tại gốc tọa độ Thiết lập hệ trục Oxy với các trục x, y, 1 gắn liền với chi tiết, trong khi hệ Oxy gắn liền với dụng cụ đi qua tâm O c của chi tiết.
Dụng cụ và chi tiết chuyển động tương đối tạo ra chuyển động hình với tham số chuyển động là Khi cố định dụng cụ, chi tiết sẽ quay với góc quay và chuyển động tịnh tiến theo r , do vòng tròn tâm tích bán kính r lăn không trượt trên đường thẳng tâm tích D Kết quả là profin của chi tiết có các vị trí khác nhau, tạo thành một họ profin trong hệ trục xOy với tham số là Lưỡi cắt của dụng cụ cần tiếp xúc với chi tiết tại các vị trí khác nhau, tức là phải tiếp xúc với họ profin này.
Đường bao của họ đường được xác định qua nguyên lý bao hình, trong đó đường cong tiếp xúc với họ đường là đường bao của họ đường đó Để tìm profin lưỡi cắt, cần xác định đường bao của họ profin chi tiết trong quá trình chuyển động tạo hình Dựa trên nguyên tắc này, profin dao phay lẫn trục then hoa được xác định một cách chính xác.
- Phương trình của prôfin chi tiết trong hệ trục gắn liền với chi tiết O x y 1 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
O x y gắn với chi tiết sang hệ Oxy gắn với dụng cụ, phương trình profin chi tiết được viết như sau:
Thay (2.3) vào (2.4) ta có phương trình của profin chi tiết viết trong hệ gắn liền với dao Đó chính là phương trình của họ profin chi tiết
Phương trình đường bao cùa họ (2.5) được xác định khi giải đồng thời hai phương trình
Phương trình (2.6) là phương trình của profin lưỡi cắt dao
Tính toán chi tiết với dao phay lăn trục then hoa được minh họa trong hình 2.6, với phương trình của profin chi tiết (mặt bên trục then hoa) được diễn đạt trong hệ tọa độ Oxy.
Khi chi tiết chuyển động tương đối so với dụng cụ, tọa độ O1của hệ O x y 1 1 1 gắn liền với chi tiết trong hệ Oxy được xác định như sau (hình 2.5):
Thực hiện chuyển hệ tọa độ của profin chi tiết sang hệ Oxy gắn với dụng cụ bằng cách xoay một góc và thực hiện một phép tịnh tiến theo phương x.
(2.9) Thay x 01 và y 01 từ (2.8) vào (2.9) và biến đổi ta có:
.cot( ) 1 cos sin cot( ) cot( )
Phương trình (2.10) mô tả chi tiết profin trong hệ Oxy liên quan đến dụng cụ và tham số của họ là Để 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
Sau khi biến đổi ta được:
Giải đồng thời với phương trình của họ (2.11) ta được:
Các phương trình x và y (2.11) và (2.12) mô tả đường bao của profin chi tiết trong hệ gắn liền với dụng cụ, tương ứng với profin lưỡi cắt Những phương trình này tương đồng với phương trình (2.2) của lưỡi cắt được xác định qua đồ thị giải tích.
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) đã được biết đến và đóng vai trò quan trọng trong việc tính toán prôfin lưỡi cắt.
Vị trí và kích thước của r có ảnh hưởng trực tiếp đến việc tính toán profin lưỡi cắt Đây chỉ là kích thước tính toán, nhưng nó quyết định khả năng gia công chính xác toàn bộ profin của trục then hoa.
Hình 2.7.Xác định bán kính vòng tròn tâm tích r
Tất cả các điểm trên profin chi tiết từ đỉnh E đến chân I chỉ được gia công đúng cách tại các điểm trên đường tạo hình Điều này có nghĩa là lưỡi cắt của dao phay lân (thanh răng) chỉ có khả năng cắt profin chi tiết tại các điểm nằm trên đường tạo hình C (C1 Ci ).
Trong quá trình cắt chi tiết, điểm đỉnh E của profin sẽ được tạo hình tại điểm cực trị C Việc gia công chỉ diễn ra tại điểm C3 Để điểm E gặp lưỡi cắt tại điểm C3 trên đường tạo hình, bán kính tại điểm E, R_c, phải bằng bán kính vectơ của đường tạo hình, r_c3, tại điểm C3.
Bán kính r c của đường tạo hình tại điểm có toạ độ là x 0c , y 0 c được xác định bởi công thức:
Thay x 0c và y 0c từ 2.2 vào 2.14 ta được:
Tại điểm C 3, tung độ y 0c3 là điểm cực tiểu của đường tạo hình, được xác định bởi công thức y 0 3 c y oc min (2.16) Để xác định y 0 c y 0 3 c y oc min, cần tính toán góc tương ứng.
Góc 3 được xác định như sau: c 0 y
Sau khi biến đổi ta được:
Phương trình này có các lời giải sau:
Góc thoả mãn biểu thức (2.19) ứng với góc 3 ở điểm C 3 điểm cực tiểu của đường cong đường tạo hình
Do đó có thể viết : 3 sin sin( )
Thay (2.20) vào (2.15) rút ra được công thức tính r c3 :
3 1 sin sin ( 3 ) r c r (2.21) Để gia công đến tận điểm E phải thoả mãn điểu kiện (2.13) R c r c 3
Từ công thức (2.21) ta có:
Bán kính vòng tròn tâm tích r:
Bán kính r ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tạo hình mặt bên của trục then hoa Nếu bán kính vòng tròn tâm tích (vòng lăn) r vượt quá giới hạn cho phép, sẽ làm tăng bán kính cung tròn chuyển tiếp ở chân răng, dẫn đến chiều cao đầu dao h’ và độ nhô ra của răng lớn, gây momen cắt lớn và giảm sức bền răng Ngược lại, nếu bán kính r nhỏ hơn giá trị cho phép (2.23), sẽ không gia công đúng toàn bộ chiều cao răng chi tiết Bán kính r lớn cũng làm tăng chiều dài đoạn có hiệu lực của đường tạo hình C 1 C 3, làm tăng nhấp nhô bề mặt nếu số nhát cắt không đổi.
Hình 2.8 Đoạn có hiệu lực đường cong tạo hình
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
Điểm e4 trong hình 2.9 là giao điểm giữa lưỡi cắt bên và lưỡi cắt đỉnh, được sử dụng trong quá trình gia công vòng tròn chân răng Trong quá trình cắt, lưỡi cắt sẽ chuyển động tinh tiến song song.
S Đoạn có hiệu lực của đ-ờng tạo hình C 1 C 3
E đường thẳng tâm tích D để đến cắt điểm b 4 của prôfin chi tiết tại điểm c 4 trên đường tạo hình
Hình 2.9 Đường cong chuyển tiếp ở chân răng
Hình 2.10 Tạo thành đường cong chuyển tiếp x c4 b 4 b 5 y
Quỹ đạo chuyển động của điểm đỉnh lưỡi cắt §-êng cong chuyển tiếp tại điểm e4 là điểm cuối cùng của lưỡi bên, do đó profin chi tiết từ b4 đến b5 sẽ không được gia công chính xác vì thiếu đoạn lưỡi cắt tương ứng, chỉ được gia công bởi điểm e4 và tạo ra đoạn “đường cong chuyển tiếp” Đoạn đường cong giữa φ4 và φ3 là đoạn đường cong tạo hình hiệu dụng Bán kính chi tiết Rb4 tại điểm b4, nơi bắt đầu đường cong chuyển tiếp, được xác định dựa trên sơ đồ hình 2.9 Điểm b4 của profin chi tiết được tạo hình tại điểm c4, và bán kính đường tạo hình tại điểm c4 được xác định theo công thức (2.15).
(2.24) Trong quá trình gia công điểm b 4 quay một góc φ 4 đến điểm c 4 do đó R b4 = r c4
Từ công thức (2.2) ta có: y c 4 r sin( 4 ) sin .sin( 4 )
Thay y c4 vào công thức tính y c4 ta được: r R i r sin( 4 ) sin .sin( 4 )
Giải phương trình trên ta được:
(2.26) Thay công thức (2.26) vào công thức (2.25) xác định được:
Dao phay lăn trục then hoa có rãnh ở chân răng (định tâm theo đường kính trong), dao
Để gia công profin thẳng đến điểm chân răng I, dao phay có gờ cần được sử dụng với đường kính trong phù hợp 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 phải đạt h” d để có thể gia công đến bán kính Ri một cách chính xác.
Từ công thức (2.15) và hình 2.9 ta có:
(2.29) Thay (2.29) vào (2.1) xác định được y c5 : h d '' y oc 5 r sin( 5 )sin .sin( 5 )
Thay sin(φ 5 + γ) từ công thức (2.29) vào ta tính được h” d :
Chiều cao đầu răng dao h” d được tính theo công thức (2.30) để đảm bảo profin chi tiết chính xác tại điểm I với bán kính R Đường cong chuyển tiếp sẽ dịch chuyển gần về tâm chi tiết, như thể hiện trong hình 2.11 Để đảm bảo bán kính trong R i, răng dao phay chỉ chế tạo một phần nhỏ với chiều cao h” d (phần gờ), trong khi chiều cao còn lại giữ nguyên là h’ d Phần gờ với chiều cao h” d sẽ tạo thành rãnh lõm ở chân răng, thuộc loại dao phay có gờ Kích thước phần gờ được lựa chọn theo tiêu chuẩn đủ lớn để tránh mòn nhanh và phù hợp với rãnh thoát đá mài khi mài đường kính trong.
Hình 2.11 Dao phay có gờ gia công đến điểm chân I của
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, tương ứng với tiết diện pháp tuyến và đường vít trên hình trụ Đường cong (2.3) có thể được biểu diễn dưới dạng khác.
O t là những đường cong phức tạp, như đường nét đứt trên hình 2.12 khi cho các giá trị φ khác nhau
Việc chế tạo chính xác đường cong profin lưỡi cắt là một thách thức trong thực tế Để đơn giản hóa quá trình này, đường cong lý thuyết được thay thế bằng cung tròn đi qua ba điểm với bán kính R0 và tọa độ tâm O(t) tại (x0, y0) Khi thực hiện thay thế này, cần xác định rõ bán kính R0, tọa độ tâm của cung tròn, cũng như sai số của profin để đảm bảo tính chính xác trong chế tạo.
2.9.1 Xác định tọa độ tâm Ot và bán kính R 0
Lưỡi cắt Profin có các góc ứng dụng từ min 3 đến max 4, tính từ gốc tọa độ P trên hình 2.9 Để đơn giản hóa, ta thay thế đường cong lý thuyết bằng một cung tròn đi qua ba điểm.
- Điểm A 1 (x 1 ,y 1 ) trùng với gốc P, vì vậy điểm A, có tọa độ là x 1 = y 1 = 0; A 1 (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 các đoạn A1A2 và A2A3, từ đó có thể xác định bán kính R cùng tọa độ tâm x0 và y0 thông qua hình giải tích.
R 0, x 0, y 0 có thể xác định bằng hình học theo hình vẽ như hình 2.12
Hình 2.12 Cung tròn thay thế profin lý thuyết bán kính R 0 và tọa độ tâm O 1 (x 0 ,y 0 ) x 3 y 0 y 3 y 2 y x x 2 x 0 s 1 s 2 s 3 s 3
Cung tròn thay thÕ §-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 bởi sự khác biệt giữa khoảng cách từ tâm O1 đến profin lý thuyết (ký hiệu là F) và bán kính R0 của cung tròn thay thế.
(2.33) Theo hình 2.12 cần phải xác định ΔR max Tại các điểm A 1 , A 2 , A 3 có ΔR = 0 Khoảng cách từ tâm O 1 đến profin lý thuyết có thể được xác định như sau:
Vì x và ỵ trong còng thức (2.35) là hàm số của góc quayφ do đó ∆R = f(φ) Để xác định ∆R max cần lấy đạo hàm của phương trình (2.35) theo φ
( ) là phương trình đường vuông góc với đường cong lý thuyết đi qua điểm x 0 , y 0
Thay vào phương trình trên ta được:
Tính với x và y từ phương trình (2.2) ta có:
.sin( ) 2.sin( ) sin dy dy dx r dx d d r
cot( ) dy dx Đặt: m cot m dy
Thay (2.37) và giá trị x,y từ phương trình (2.2) vào (2.36) biến đổi và rút gọn ta được: r ( m ) x 0 y 0 cot m 0 (2.38)
Thay giá trị tìm được φ m1,2 vào công thức (2.2), sau đó sử dụng kết quả x và y từ (2.35) để tính ∆R Qua đó, ta sẽ xác định được hai giá trị tối đa của ∆R, đó là ∆R 1max và ∆R 2max, tương ứng với tọa độ của hai điểm ∆R 1 và ∆R 2.
Sai lệch toàn bộ profin lý thuyết khi thay thế cung tròn được tính:
Để thay thế prôfin lý thuyết bằng cung tròn, dung sai chiều rộng B của trục cần phải thỏa mãn điều kiện δB.
Các kích thước profin răng dao phay lăn trục then hoa
Kích thước prôfin răng dao phay lăn răng được xác định là kích thước kết cấu của profin thanh răng khởi thuỷ, giúp dụng cụ ăn khớp với trục then hoa Đây 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 lăn trục then hoa được minh họa trong hình 2.13.
Z c - 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: S rd S cl 2 r (2.42)
- Chiều dày răng dao theo đường thẳng tâm tích S d bằng chiểu rộng rãnh răng trục then hoa theo vòng tròn tâm tích:
- Chiều cao đầu răng bằng chiều cao chân răng của profin chi tiết:
- Chiều cao chân răng dao bằng chiều cao đầu răng chi tiết:
Hình 2.13 Kích thước profin dao phay lăn trục then hoa
Kích thước kết cấu dao phay lăn trục theo hoa
Dao phay lăn trục then hoa có cấu trúc tương tự như dao phay lăn răng cắt bánh răng thân khai với hớt lưng mặt sau Cấu tạo của dao phay lăn trục then hoa chỉ yêu cầu một số kích thước tính toán đặc biệt.
Bước của profin trục then hoa lớn dẫn đến góc nâng của rãnh vít răng dao lớn hơn so với dao phay lăn Góc nâng của rãnh vít dao có thể được chọn lên đến 60 độ, thậm chí 100 độ trong một số trường hợp Đường kính dao phay, bước và góc nâng của rãnh vít có mối quan hệ mật thiết với nhau.
Kích thước kết cấu của dao phay lăn trục then hoa được xác định tương tự như dao phay lăn răng, với đường kính trung bình tính toán tại tiết diện cách mặt trước một khoảng bằng 1/8 bước vòng ( = 0,125) Đôi khi, đường kính trung bình tính toán không được chọn theo điểm giữa của chiều cao răng dao, mà thay vào đó là tiếp tuyến với đường thẳng tâm tích, tức là tiếp tuyến với vòng tròn tâm tích của chi tiết.
Hình 2.15 Xác định chiều dài dao phay
Chiều dài dao phay được xác định:
Các góc ở lƣỡi cắt dao phay lăn trục then hoa
Góc sau ở lưỡi cắt đỉnh thường chọn: d 9 11 0
- Góc sau ở lưỡi bên trong tiết diện pháp tuyến ở điểm C (hình 2.16) được xác định theo công thức: tan bn c e tan d sin c c
Góc e là góc giữa đường thẳng góc với trục dao phay và tiếp tuyến với prôfin lưỡi cắt tại điểm khảo sát, theo hình 2.11a thì e ( e )
Góc sau nhỏ nhất tại điểm có góc φ e nhỏ nhất xảy ra ở chân răng dao phay cắt đỉnh trục then hoa Cần lưu ý rằng, góc sau nhỏ nhất này phải lớn hơn góc sau cho phép, với điều kiện α bn ≥ 1 30' 0.
Khi góc trước tại các điểm trên lưỡi cắt trong mặt phẳng vuông góc với trục dao phay được chọn là không ( = 0), nếu thiết kế có 0, cần phải thực hiện hiệu chỉnh lại profin lưỡi cắt tương tự như khi tính profin dao phay định hình hớt lưng với 0.
Hình 2.16 Thông số hình học ở lưỡi cắt và các kích thước răng và rãnh dao phay lăn trục then hoa
Dao phay lăn trục then hoa được chế tạo với mài hớt lưng mặt sau, giúp tránh gờ ở lưng răng Để đảm bảo hiệu quả, quá trình mài lưng răng cần có hai lượng hớt lưng khác nhau Khi thực hiện tiện với tượng hớt lưng K1, lượng hớt lưng K trong quá trình mài phải luôn nhỏ hơn K1 (K < K1).
Các dạng mặt vít cơ sở của dao phay lăn
Trong thiết kế dụng cụ cắt răng, ưu tiên hàng đầu là áp dụng các mặt vít kẻ, được hình thành khi đường thẳng (gọi là đường sinh thẳng) thực hiện chuyển động xoắn vít.
2.13.1 Mặt vít Acsimet kín Được tạo nên bởi chuyển động vít của đường sinh thẳng cắt trục chuyển động vít
Trên hình 2.16.a - Trục chuyển động vít ; OA - đường sinh thẳng cắt trục 00 dưới một góc β và thực hiện chuyển động vít, kết quả ta được mặt Acsimét
Khi β = 90 độ, tức là đường sinh lăn với trục 00 tạo góc vuông, mặt cắt Acsimet sẽ có hình dạng helicoit thẳng Ví dụ về mặt helicoit thẳng bao gồm trục vít có ren vuông và mặt trước của dao phay răng xoắn, bao gồm cả dao phay lăn răng khi β = 0 độ.
Mặt Acsimét không thể được khai triển trên mặt phẳng, vì vậy không thể gia công bằng mặt phẳng hay bất kỳ mặt nào khác, mà chỉ có thể sử dụng một đường (lưỡi cắt) để tạo ra Đặc tính này của mặt Acsimét giúp giải thích các hiện tượng liên quan.
Dao phay lăn răng có các rãnh dọc hình xoắn Acsimét với góc nghiêng lớn Ví dụ, dao phay nhiều đầu mối có đường kính nhỏ; khi sử dụng mặt côn của dao đá mài để mài sắc, mặt trước của dao có thể gặp sai số.
Khi sử dụng dao phay hình đĩa để cắt răng xoắn có prôpin hình chữ nhật hoặc khi mài các rãnh này bằng mặt đầu của đá mài, việc gia công bằng mặt phẳng dẫn đến sai số bề mặt tương tự như khi áp dụng mặt cắt Acsimet.
Khi cắt mặt vít Acsimet bằng mặt phẳng đi qua trục, ta nhận được đường thẳng nghiêng với trục một góc nhất định Đặc tính này cho phép sử dụng lưỡi cắt dạng đường thẳng để gia công mặt vít Acsimet, đồng thời dễ dàng kiểm tra độ chính xác gia công thông qua tiết diện thẳng qua trục.
Khi cắt mặt phẳng AA (h2.16.a) vuông góc với trục, ta thu được tiết diện là đường xoắn Acsimet, còn được gọi là mặt vít Acsimet Tiết diện này có dạng đường cong khi cắt vuông góc với đường vít.
2.13.2 Mặt vít hở (convoluyt) Được tạo nên bởi chuyển động vít của đường sinh thẳng AB (h9) Không cắt trục chuyển động vít nhưng nghiêng với trục vít này một góc β
Trong quá trình chuyển động đường sinh thẳng luôn luôn tiếp tuyến với mặt trụ còn gọi; là một trụ định hướng có bánh kính OB = r
Khi sử dụng dao tiện hình thang với lưỡi cắt thẳng để cắt trục vít hoặc dao phay lăn răng, chúng ta sẽ tạo ra mặt và convoluyt Điều này xảy ra khi mặt trước của dao tiện được đặt thẳng góc với hướng đường vít của trục vít hoặc thẳng góc với hướng rãnh giữa các đường vít.
Mặt trước của dao phay lăn và của các dao hình trụ khác sẽ là convoluyt nếu mặt trước này có góc tương đương
Mặt convoluyt không thể trải trên mặt phẳng, do đó không thể sử dụng mặt phẳng để gia công mặt vít thân khai Tiết diện vuông góc với đường vít hoặc rãnh có dạng thẳng, giúp dễ dàng kiểm tra Trong khi đó, tiết diện hướng trục của mặt convoluyt có dạng đường cong, và tiết diện BB vuông góc với trục cũng là đường cong, được gọi là đường cong thân khai kéo dài.
2.13.3 Mặt xoắn vít thân khai
Mặt vít convoluyt không thể khai triển thành mặt phẳng trong hầu hết các trường hợp Tuy nhiên, khi đường sinh thẳng nghiêng một góc β với trục, bằng góc nghiêng của đường vít trên trụ dẫn hướng, mặt vít convoluyt có thể trải được trên mặt phẳng Điều này cho phép gia công mặt vít này, thường được gọi là mặt vít thân khai.
Đường sinh thẳng AB luôn tiếp tuyến với đường vít trên mặt trụ định hướng, cho phép mặt vít thân khai trải trên mặt phẳng để gia công với năng suất và độ chính xác cao Do đó, mặt thân khai được sử dụng phổ biến trong thiết kế bánh răng và dụng cụ cắt Thanh răng thân khai và thanh răng sinh có dạng đường thẳng, giúp tạo ra mặt vít thân khai với các đặc tính ưu việt.
Trong mặt vít thân khai, cần chú ý rằng tiết diện vuông góc với trục mặt vít tạo ra đường thân khai Ngược lại, các tiết diện khác cắt trục, kể cả tiết diện qua trục, sẽ cho ra đường cong không phải là thân khai Khi sử dụng mặt phẳng tiếp tuyến với trụ để cắt mặt vít thân khai, tiết diện này sẽ chứa đường sinh thẳng, tức là sẽ có một đường thẳng nghiêng một góc β so với trục.
Khi kiểm tra profin của trục vít thân khai, người ta tận dụng đặc tính của trục vít bằng cách đặt mẫu nghiêng với trục một góc β tại khoảng cách r 0 (bán kính mặt trụ định hướng) Ở vị trí này, thước kiểm tra sẽ hoàn toàn trùng khớp với profin cần kiểm tra theo đường sinh thẳng, đảm bảo không để lọt ánh sáng.
Qua việc phân tích ta thấy:
Khi góc β bằng 0, tức là góc giữa chuyển động vít của đường sinh thẳng và chuyển động nghiêng với trục là 0 độ, chúng ta sẽ có mặt vít thân khai.
- Khi bán kính của mặt trụ định hướng bằng không thì mặt vít convoluyt sẽ thành mặt vít Acsimet
Như vậy ta thấy hai mặt vít Acsimét và mặt vít thân khai là trường hợp đặc biệt của mặt vít convoluyt
Nếu mặt trước của dao phay là một Convoluyt thì góc trước β > 0 do đó việc chế tạo cũng như mài sắc sẽ khó khăn hơn so với góc trước β = 0
(Khi β = 0 Mặt trước của mặt dao phay là mặt xoắn Acsimét)
- Việc kiểm tra profin dao phay trong tiết diện hướng trục sẽ dễ dàng hơn trong tiết diện pháp tuyến
THIẾT KẾ
THIẾT KẾ BÌNH THƯỜNG
Dao phay lăn trục then hoa được gia công theo nguyên lý bao hình có tâm tích, với thiết kế bao gồm việc tính toán profin dụng cụ và xác định các yếu tố cấu trúc của dao Quy trình này cũng bao gồm việc vẽ bản vẽ chế tạo dao và quy định các yêu cầu kỹ thuật cần thiết cho quá trình sản xuất.
3.1.1 Các thông số trục then hoa dùng cho thiết kế dao
Trong đó : D emax là kích thước đường kính ngoài lớn nhất của trục then hoa
(đường kính ngoài danh nghĩa cộng với sai lệnh trên ) f min : là chiều cao cạnh vát hay bán kính cung lượn r.s
Từ bảng then hoa hình chữ nhật ta có:
Bảng dung sai kích thước:
D ngoài (mm) d trong (mm) B(mm)
Sai lệch giới hạn trên 0 -0,38 -0,01
Sai lệch giớ hạn dưới -0,035 -0,60 -0,04
D emax = 98 + 0 mm => D e = D emax – 2.f min = 98-2.0,5 = 97 mm b Đường kính trong
Với: d min : đường kính trong của trục then hoa kể cả sai lệnh giới hạn dưới : dung sai đường kính trong trục then hoa
B = 13,96 + 0,25.0,03 = 13,9675 mm d Chiều rộng rãnh chân răng của trục then hoa Định tâm theo đường kính ngoài tra theo tiêu chuẩn
Chiều sâu của rãnh thoát đá ở chân răng được xác định bởi quá trình tạo hình, với chiều cao gờ răng là b.g Bán kính vòng tròn nhận profin chi tiết làm tiếp tuyến được tính là r o = 0,5 B = 0,5 13,9675 = 6,98375 mm Bán kính tâm tích của chi tiết, ký hiệu là R, tương ứng với bán kính vòng tròn lăn của trục then hoa.
3.1.2.Xác định profin dụng cụ Đối với dao phay thô các trục then hoa lớn, profin có thể xác định theo phương pháp vẽ nhưng phương pháp này cho độ chính xác không cao
Xác định profin theo phương pháp giải tích:
Viết phương trình đường tạo hình C i (x o ,y o ) x o = PC i cos( i + )
DC i = R sin => x o = R.cos( i + ) y o = PC i sin( i + ) => y o = R.[ sin( i + ) - sin ].cos( i + ) Viết phương trình profin lưỡi cắt Ci(x,y)
Với : là góc profin chi tiết = ⁄
R là bán kính tâm tích chi tiết là góc ăn khớp thay đổi trong quá trình gia công
Khi i = ( ) => ta sẽ tính được các tọa độ x, y của profin dụng cụ Xác định miền biến thiên của
Thông thường bán kính R sẽ đi qua chỗ vát của đỉnh răng nên có thể lấy 0
Dao phay được định tâm theo đường kính ngoài( dao phay không có gờ ) tính: sin ( max + ) = + √
Để vẽ profin dụng cụ ngoài hai giá trị tối đa và tối thiểu, cần xác định một số điểm trung gian Số điểm này, ký hiệu là "n", phụ thuộc vào độ chính xác của chi tiết và dụng cụ Khoảng cách giữa các điểm thường được lấy là 0,8 đến 1 mm, từ đó có thể tính được số điểm cần thiết.
Trong đó : h là khoảng cách giữa các diểm lấy 0.8 mm h 1 là chiều cao prrofin dụng cụ h 1 = R – R imin = 48,1214 – 45,7275 = 2,4214 mm n chọn n 10 điểm.
Gia số góc quay max 9,5406
Tọa độ của profin dụng cụ được xác định lần lượt theo bảng
Công thức tính = (n – 1) ; với rad = /180
STT Tọa độ profin tại các điểm i
Profin dao phay không gờ
Profin pháp tuyến của dao tương tự như cấu trúc của một thanh răng, bao gồm lưỡi cắt, profin của răng và chân răng Các yếu tố xác định profin pháp tuyến bao gồm hình dạng và kích thước của các thành phần này.
Bước t p băng bước vòng của chi tiết trên bán kính tâm tích R
= 30,2356 mm vơi Z c là số răng trục then hoa a.Chiều dày răng dao S p
Chiều dày răng dao đo trên tâm tích dụng cụ bằng chiều rộng của rãnh răng trên bán kính tâm tích chi tiết
S c là chiều trên cung bán kính tâm tích của then góc ở tâm chi tiết chắn cung chiều dày then b Chiều rộng rãnh răng.(W p )
Chân răng có cạnh vát bằng: = 45 0 với Z = 10 để cắt đỉnh ren
Chiều sâu rãnh vát: h v = 2.f = 2 0,5 = 1 mm
Chiều sâu rãnh thoát đá: u = K + ( 1 2) = 3,5 + 1,5 = 5mm
Với K là lượng hớt lưng tra B.g 9.4 kích thước cơ bản của dao phay lăn trục then hoa
Chiều rộng rãnh thoát đá: v = t p –(S p + 4.f) = 30,2356 – (16,2185 +4.0,5) = 12,0171mm
Có thể vát từ một điểm cách tâm tích một lượng h e h e = B 2 /16R Chọn h e = 0 e Chiều cao profin dao : h = h 1 + h 2 = h 1 + h v +h e = 2,4214+ 1+ 0 = 3,4214 mm
Với h1 chiều cao đầu dao và h2 chiều cao chân dao f Chiều cao răng dao:
Trong tiết diện chiều trục profin của dao phay, các kích thước quan trọng bao gồm bước chiều trục t₀ và tₚ, với tₚ là bước pháp tuyến của dao và ω là góc nâng của đường vít tại đường kính trung bình tính toán Dₜₑₐ Để đảm bảo độ chính xác của chi tiết và kéo dài tuổi thọ của dao, đường kính Dₜₑₐ cần được tính toán chính xác.
D e : là đường kính ngoài của dao h 1 : là chiều cao đầu dao
Sau khi có D tb , ta tính góc nâng qua công thức :
Từ t p = 30,2356 mm theo bảng 9.4 ta có
Chọn L = 97 mm c Chiều dài lỗ định vị:
Chọn L 1 = 30 mm d Chiều dài gờ l g = 3 4 mm lấy l g = 4 mm e Bước rãnh thoát phoi
tb cot 91,1572.cot 6 20'0 2580, 2231 t D mm lấy t = 2,5 m
3.1.3.3 Profin mặt đầu của dao a Đường kính ngoài D e cần xác định sao cho đủ bền đủ độ cứng vững và đảm bảo độ chính xác yêu cầu
Trong đó: d o = 32 mm theo bảng 9.5 tra : b = 8(H12) ; t 1 kích thước lắp then t 1 = 34,8(H12); r bán kính lượn đáy rãnh thoát phoi r = 1 4 lấy r = 3 p chiều dày vành dao p = 0,3 do = 32.0,3 = 9,6 mm
H chiều sâu rãnh thoát phoi
Chọn theo chuẩn D e = 95 mm b Đường kính lỗ không lắp ghép d 1 d 1 = d o + (1 2) mm = 32 + 2 = 35 mm c Đường kính gờ D g
= 0 0 đảm bảo độ chính xác gia công e Góc sau
Góc sau thường chon 9 0 11 0 chọn = 10 0
Trên bản vẽ người ta không ghi góc sau mà ghi lượng hớt lưng K của mặt sau
Lượng hớt lưng K 1 : K 1 =( 1,2-1,5)K lấy K 1 = 5 mm f Góc rãnh thoát phoi
Góc cần đủ lớn để đủ không gian thoát phoi, đủ thời gian lùi dao khi tiện và mài hớt lưng thông thường chọn = 30 0
3.1.4 Điều kiện kỹ thuật dao phay lăn trục then hoa
Hiện nay ta vẫn dung tiêu chuẩn Liên Xô OTC 8027-56 làm điều kiện kỹ thuật chế tạo dao
Vật liệu làm dao : thép gió P18, độ cứng sau khi nhiệt luyện đạt HRC 62 65 Dao phay có 2 cấp chính xác + Cấp A để gia công tinh
Cấp B được sử dụng để gia công thô với việc trừ lương dư mài trục then hoa Độ chính xác của dao được kiểm tra dựa trên các yếu tố kết cấu của dao và theo mặ (vành then hoa) được cắt bằng dao phay Độ không chính xác của các yếu tố kết cấu dao cấp chính xác không được vượt quá các trị số quy định trong bảng sau.
Sai lệch giớ hạn khi bước răng dao trong tiết diện pháp tuyến
1 Sai lệch bước chiều trục 0,01 0,015 0,015 0,02
2 Sai lệch giớ hạn tích lũy của bước trên chiều dài 2 bước
3 Độ đảo hướng kính của đường kính ngoài của dao phay
4 Sai lệch của giới hạn mặt trước (của 0,04 0,05 0,06 0,07 rãnh thoát phoi) theo phương hướng kính trên chiều dài prôfin răng
5 Sai lệch giớ hạn bước vít của bề mặt trước của răng( của rãnh thoát phoi)
6 Sai lệch tích lũy giới hạn bước vòng 0,06 0,08 0,09 0,11
7 Hiệu số giớ hạn của các bước vòng kề nhau
8 Hiệu số khoảng cách từ đỉnh răng đến trục dao phay phân bố theo rãnh thoát phoi
9 Độ đảo hướng kính của vành gờ 0,015 0,02 0,02 0,02
Độ đảo mặt đầu của vành gờ được quy định từ 0,01 đến 0,02, trong đó những răng thiếu có chiều dày đỉnh răng 0,5 cần được cắt bỏ Kích thước và profin dao phay được kiểm tra thông qua việc đo vành then hoa do dao phay cắt ra Ngoài ra, nhãn hiệu khác ở đầu dao bao gồm nhà máy chế tạo, ký hiệu trục then hoa, và các thông số như d0, De, Z, và P Ký hiệu tổng quát là 8.
ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ
3.2.1 Khái quát về lập trình trong AutoCAD
Các ngôn ngữ lập trình phổ biến cho AutoCAD bao gồm ActiveX, VBA, AutoLISP, Visual LISP và ObjectARX Lựa chọn ngôn ngữ lập trình phù hợp phụ thuộc vào mục đích của dự án và thói quen cá nhân của lập trình viên.
3.2.1.1Kỹ thuật tự động ActiveX (ActiveX Automation)
Kỹ thuật ActiveX, do Microsoft® phát triển dựa trên kiến trúc COM, cho phép người dùng tùy chỉnh AutoCAD, chia sẻ bản vẽ với các ứng dụng khác và tự động hóa các thao tác.
Sử dụng ActiveX để tích họp trong AutoCAD có hai ưu điểm sau đây:
Chương trình truy cập bản vẽ AutoCAD đã được mở rộng cho nhiều môi trường lập trình khác nhau Trước khi có ActiveX, các chuyên viên thiết kế chỉ có thể sử dụng AutoLISP hoặc C++ để thực hiện công việc của mình.
Chia sẻ dữ liệu với những ứng dụng Windows như Exel, Word dễ dàng hơn
AutoLISP là một ngôn ngữ lập trình mạnh mẽ dựa trên nền tảng LISP, dễ học và được tích hợp sẵn trong AutoCAD thông qua bộ trình thông dịch LISP Người dùng có thể nhập mã AutoLISP trực tiếp tại dấu nhắc lệnh của AutoCAD hoặc tải các tệp để thực thi Visual LISP (VLISP) là công cụ phần mềm hỗ trợ việc phát triển và thực hiện các chương trình AutoLISP.
AutoLISP được nâng cấp với Visual LISP, mang đến một môi trường phát triển tích hợp (IDE) với trình biên dịch, trình gỡ rối và các công cụ phát triển khác nhằm cải thiện hiệu suất Visual LISP mở rộng khả năng của AutoLISP, cho phép tương tác với các đối tượng qua ActiveX và hỗ trợ AutoLISP trong việc phản ứng với các sự kiện thông qua đối tượng.
Các ứng dụng AutoLISP có thể tương tác với AutoCAD theo nhiều cách, bao gồm việc nhắc người dùng nhập câu lệnh và truy cập trực tiếp vào các lệnh có sẵn Chúng cũng cho phép định dạng hoặc tạo các đối tượng trong cơ sở dữ liệu Việc phát triển các chương trình AutoLISP giúp người dùng thêm các câu lệnh đặc biệt vào AutoCAD, trong đó một số lệnh chuẩn của AutoCAD thực chất là các ứng dụng AutoLISP.
AutoCAD có khả năng đọc trực tiếp mã AutoLISP mà không cần biên dịch, trong khi Visual LISP cung cấp một môi trường phát triển tích hợp (IDE) Người dùng có thể thử nghiệm mã bằng cách nhập vào dòng lệnh và ngay lập tức thấy được kết quả.
Kỹ thuật ObjectARX cung cấp những thiết lập cho các ứng dụng thiết kế phần mềm để chia sẻ dữ liệu đối tượng thông minh
ObjectARX™ là môi trường biên dịch ngôn ngữ lập trình cho phát triển ứng dụng AutoCAD, cho phép lập trình viên thao tác trực tiếp với lõi cấu trúc cơ sở dữ liệu và mã của AutoCAD Với các thư viện liên kết động, ObjectARX tận dụng kiến trúc mở của AutoCAD, cung cấp truy cập trực tiếp đến cấu trúc dữ liệu, hệ thống đồ họa và phương tiện hình học, từ đó mở rộng khả năng của AutoCAD trong thời gian thực Bên cạnh đó, người dùng có thể sử dụng DLLs để tạo ra các câu lệnh mới tương tự như các câu lệnh có sẵn trong AutoCAD.
Việc tích hợp VBA vào AutoCAD mang lại một công cụ trực quan và dễ sử dụng để tùy chỉnh phần mềm Người dùng có thể tự động trích xuất thông tin thuộc tính, chèn kết quả trực tiếp vào bảng tính Excel và thực hiện các chuyển đổi thông tin theo nhu cầu.
Chương trình VBA trong AutoCAD bao gồm ba thành phần chính: đầu tiên là AutoCAD, với bộ thiết lập đối tượng phong phú bao gồm các thực thể, dữ liệu và câu lệnh; thứ hai là bộ giao tiếp ActiveX, thiết lập sự giao tiếp với các đối tượng AutoCAD và yêu cầu lập trình viên có hiểu biết về ActiveX; cuối cùng là VBA, với bộ thiết lập đối tượng, từ khóa và hằng số riêng, cung cấp khả năng điều khiển, gỡ rối và thực thi chương trình.
Sử dụng VBA cho AutoCAD có những ưu điểm sau:
- Tốc độ : ứng dựng trong cùng tiến trình với VBA, ActiveX chạy nhanh hơn các ứng dụng trong AutoLISP
- Dễ sử dụng: ngôn ngữ lập trình và môi trường phát triển dễ sử dụng và cài đặt với AutoCAD
Khả năng liên kết giữa ActiveX và VBA trong các ứng dụng Windows cho phép trao đổi thông tin một cách hiệu quả Chúng được thiết kế để tương tác với nhau, tạo ra một môi trường thuận lợi cho việc chia sẻ dữ liệu giữa các ứng dụng khác nhau.
VBA mang đến một môi trường lý tưởng cho việc phát triển các ứng dụng mẫu với nhiều mẫu khác nhau, cho phép sự phát triển giao diện diễn ra nhanh chóng, ngay cả khi các ứng dụng này được xây dựng bằng ngôn ngữ khác.
VBA cho AutoCAD cung cấp một giao diện lập trình trực quan, dễ học, giúp người dùng tạo hộp thoại (Dialog) một cách đơn giản hơn so với AutoLISP, mà không tốn nhiều công sức.
Cú pháp của AutoLISP có thể gây khó khăn cho người mới bắt đầu do sự phức tạp với nhiều dấu ngoặc và việc thiếu trình biên dịch dẫn đến khó khăn trong việc phát hiện lỗi Tuy nhiên, VBA for AutoCAD đã khắc phục những nhược điểm này, mang lại trải nghiệm lập trình dễ dàng hơn cho người dùng.
VBA là lựa chọn tối ưu nhờ tính đơn giản, đầy đủ ví dụ trong Help của AutoCAD, và khả năng chia sẻ dễ dàng Nó đáp ứng tốt các yêu cầu công việc và có thể xây dựng các chương trình lớn để quản lý hiệu quả Đối với người thiết kế, AutoCAD và Excel là hai phần mềm thiết yếu, và VBA hoạt động tốt trong cả hai môi trường này So với LISP, VBA không chỉ đơn giản hơn mà còn mạnh mẽ hơn Việc nhập dữ liệu đầu vào có thể thực hiện qua Excel, một phần mềm quen thuộc với giao diện rõ ràng, dễ sử dụng và tích hợp tốt với VBA.
