Nghiên cứu cải tiến thiết kế và chế tạo máy phay lăn răng CNC phục vụ đào tạo

Đề tài “Nghiên cứu cải tiến thiết kế và chế tạo máy phay lăn răng cnc phục vụ đào tạo” nhằm mục đích thiết kế, chế tạo máy phay lăn răng CNC có khả năng tạo ra những sản phẩm chất lượng

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC PHỤC VỤ ĐÀO TẠO

GVHD: ThS ĐẶNG MINH PHỤNG SVTH: TRẦN TIẾN PHÁT

MSSV: 11143109 SVTH: HUỲNH NHÂM THÂN MSSV: 11143151

SVTH: TRƯƠNG NGUYỄN TẤN PHÁT MSSV: 11143110

KHOA: CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

Sinh viên thực hiện:

TRẦN TIẾN PHÁT MSSV: 11143109 HUỲNH NHÂM THÂN 11143151 TRƯƠNG NGUYỄN TẤN PHÁT 11143110

Khoa: Cơ Khí Chế Tạo Máy

Bộ Môn: Công Nghệ Chế Tạo Máy

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giáo viên hướng dẫn: ThS Đặng Minh Phụng

Họ và tên sinh viên:

1 Tên đề tài:

“NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY

LĂN RĂNG CNC PHỤC VỤ ĐÀO TẠO”

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học cần đạt Ghi chú

Máy phay lăn

răng CNC

3 Nội dung chính:

 Nội dung thuyết minh, tính toán

TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 9

LỜI NÓI ĐẦU 10

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 11

1.1 GIỚI THIỆU 11

1.2 NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VỀ MÁY PHAY LĂN RĂNG 11

1.3 NGHIÊN CỨU NƯỚC NGOÀI 14

1.4 NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC 15

1.5 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 16

1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN 18

1.7 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 18

1.8 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 18

1.9 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20

2.1 Nguyên lý phay lăn răng 20

2.2 Phay lăn răng thẳng 21

2.3 Phay lăn răng nghiêng 21

3.3 Tính toán, lựa chọn động cơ trục chính 30

3.4 Tính toán, lựa chọn vitme - đai ốc bi 35

3.5 Tính toán ray trượt lên xuống 46

3.6 Hệ thống điện trong máy phay lăn răng cnc 49

3.6.1 Phương pháp kết nối động cơ servo vào driver 49

3.6.2 Sơ đồ kết nối các khí cụ điện 59

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ CHI TIẾT 66

4.1 Cải tiến thiết kế cụm trục gá dao, gá phôi 66

4.1.1 Cải tiến cụm trục gá dao 66

4.1.2 Cải tiến thiết kế cụm gá phôi 69

4.2 Cải tiến thiết kế cụm di chuyển trục A, Y, Z 74

4.2.1 Cải tiến thiết kế cụm di chuyển trục A 74

4.2.2 Cải tiến thiết kế cụm di chuyển trục Y 75

4.2.3 Cải tiến thiết kế cụm di chuyển trục Z 80

4.3 Cải tiến thiết kế phần thân máy 82

4.4 Thiết kế các trục truyền động 86

4.5 Thiết kế vỏ máy 87

4.6 Lựa chọn phần mềm điều khiển máy 90

4.7 Lựa chọn phương án điều khiển máy 94

4.8 Cải tiến thiết kế giao diện điều khiển 96

CHƯƠNG 5 GIA CÔNG 99

5.1 Các chi tiết gia công 99

5.2 Hình ảnh gia công thực tế 101

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 113

KẾT LUẬN 113

Hình 1 1 Kết cấu chung của máy 12

Hình 1 2 Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC 13

Hình 1 3 Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC 13

Hình 1 4 Máy phay lăn răng OFA75-900 15

Hình 1 5 Máy phay lăn răng CNC trường DHSPKT 16

Hình 1 6 Máy CNC GHO-200 17

Hình 1 7 Máy CNC HERA-200 17

Hình 2 1 Sơ đồ nguyên lý phay lăn răng 20

Hình 2 2 Gá dao nghiêng hướng trái 21

Hình 2 3 Gá dao nghiêng hướng phải 21

Hình 2 4 Bánh răng nghiêng trái dao 22

Hình 2 5 Bánh răng nghiêng phải dao 22

Hình 3 1 Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC phương án 1 26

Hình 3 2 Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC phương án 2 27

Hình 3 3 Kích thước dao phay lăn răng 32

Hình 3 4 Các bước tính toán, lựa chọn vitme- đai ốc bi 35

Hình 3 5 Các phương án lắp vitme bi 38

Hình 3 6 Mô hình đặt tải trên vitme bi 41

Hình 3 7 Mô hình tính toán ray trượt theo phương thẳng đứng 46

Hình 3 8 Con trượt HSR25HR hãng THK 47

Hình 3 9 Nguyên lý đấu nối servo vào driver 50

Hình 3 10 Nguyên lý đấu nối nhiều driver với nhau 51

Hình 3 11 Driver J2S- 40CP 51

Hình 3 12 Driver J2S- 70CP 51

Hình 3 13 Sơ đồ chân nối của driver J2S 52

Hình 3 14 Đầu cáp 3M- 10320 52

Hình 3 15 Đầu cáp 25 chân Northern 52

Hình 3 16 Cổng song song (LPT) 53

Hình 3 17 Bảng sơ đồ chân In/Out 53

Hình 3 18 Sơ đồ đấu dây driver trục X 59

Hình 3 19 Sơ đồ đấu dây driver trục A 59

Hình 3 20 Sơ đồ đấu dây driver trục Z 60

Hình 3 24 Mạch đèn 62

Hình 3 25 Mạch tưới nguội 62

Hình 3 26 Mạch điện các nút nhấn và công tắc 62

Hình 4 1 Thiết kế cụm ổ đỡ đã có 66

Hình 4 2 Thiết kế cụm ổ đỡ dùng bạc côn điều chỉnh 67

Hình 4 3 Thiết kế cụm ổ đỡ dùng kẹp rút 68

Hình 4 4 Thiết kế trục gá dao đã có 68

Hình 4 5 Thiết kế trục gá dao mới 69

Hình 4 6 Cụm dao hoàn chỉnh 69

Hình 4 7 Thiết kế cụm gá phôi đã có 69

Hình 4 8 Cụm gá phôi sử dụng mâm cập 70

Hình 4 9 Mâm cập và trục gá phôi 70

Hình 4 10 Cụm gá phôi sử dụng trục liền 71

Hình 4 11 Cụm gá phôi sử dụng trục côn rời và ụ côn 71

Hình 4 12 Ụ côn và trục gá phôi dạng côn 71

Hình 4 13 Mô phỏng đặt lực vào cụm gá phôi 72

Hình 4 15 Khu vực tập trung ứng suất lớn 73

Hình 4 16 Sự biến dạng của cụm gá phôi trong quá trình gia công 74

Hình 4 17 Bánh vít 40 răng 74

Hình 4 18 Bánh vít 64 răng 75

Hình 4 19 Kết cấu cụm di trượt trục Y sử dụng rãnh mang cá 75

Hình 4 20 Kết cấu cụm di trượt trục Y sử dụng rãnh dạng cầu 76

Hình 4 21 Kết cấu cụm di trượt trục Y sử dụng rãnh chữ C 77

Hình 4 22 Hình ảnh cụm rút dao và di trượt dao sau khi thiết kế lại 78

Hình 4 23 Phân bố ứng suất trên toàn cụm dao 79

Hình 4 24 Phân bố ứng suất trên toàn cụm dao (tt) 79

Hình 4 25 Sự biến dạng của cụm dao trong quá trình gia công 80

Hình 4 26 Tấm đế của cụm dao trong thiết kế cũ 80

Hình 4 27 Tấm đế của cụm dao trong phương án cải tiến 81

Hình 4 35 Đế phần thân trong phương án cải tiến 86

Hình 4 36 Cụm thân máy sau khi lắp ráp đối trọng và phần đế 86

Hình 4 37 Ổ đỡ trục vitme trục Z và X đã có 87

Hình 4 38 Ổ đỡ trục vitme trục Z và X trong phương án mới 87

Hình 4 39 Vỏ máy thiết kế cũ 88

Hình 4 40 Vỏ máy thiết kế mới 89

Hình 4 41 Độ nghiêng vỏ thiết kế cũ 89

Hình 4 42 Độ nghiêng vỏ thiết kế mới 89

Hình 4 43 Sơ đồ phương án phay thuận 94

Hình 4 44 Sơ đồ phương án phay nghịch 95

Hình 4 45 Giao diện điều khiển phay bánh răng trụ răng thẳng cũ 96

Hình 4 46 Giao diện điều khiển phay bánh răng trụ răng thẳng cải tiến 96

Hình 4 47 Giao diện điều khiển phay bánh răng trụ xoắn phải cũ 97

Hình 4 48 Giao diện điều khiển phay bánh răng trụ xoắn phải cải tiến 97

Hình 4 49 Giao diện điều khiển phay bánh răng trụ xoắn trái cũ 98

Hình 4 50 Giao diện điều khiển phay bánh răng trụ xoắn trái cải tiến 98

Hình 5.1 Phôi gia công 101

Hình 5.2 Mài bavia chân đế 101

Hình 5.3 Dùng con đội để lắp các thanh đỡ 101

Hình 5.4 Hàn khối chữ T 102

Hình 5.5 Phay khối chữ T để lắp trục Z 102

Hình 5.6 Lắp ráp nâng cao thân máy 102

Hình 5.7 Tháo và nâng cao thanh trượt trục Z 103

Hình 5.8 Canh chỉnh đế cụm chống tâm 103

Hình 5.9 Lắp và kiểm tra cụm gá phôi 103

Hình 5.10 Cắt sửa máng nghiêng của vỏ 104

Hình 5.11 lắp thử các vỏ xung quanh 104

Hình 5.12 kiểm tra độ vuông góc của cụm chống tâm 104

Hình 5.13 Tháo đối trọng 104

Hình 5.14 Phay tấm đế của cụm dao 105

Hình 5.15 Khoan lỗ tấm đế cụm dao 105

Hình 5.16 Hàn giá đỡ CPU 106

Hình 5.21 Lắp thử máng nghiêng của vỏ 108

Hình 5.22 Tháo trục vít để thay bánh vít mới 108

Hình 5.23 Tháo hệ thống điện trong tủ điện cũ 109

Hình 5.24 Lắp mạch động lực cho máy 109

Hình 5.25 Lắp mạch điều khiển cho máy 109

Hình 5.26 Sử dụng sơ đồ đấu dây để lắp mạch điện 110

Hình 5.27 Kết nối bảng điều khiển 110

Hình 5.28 Lắp ráp toàn bộ phần vỏ và các giá tủ điện, CPU 110

Hình 5.29 Tiện chuẩn bị phôi nhựa để gia công bánh răng 111

Hình 5.30 Phôi nhựa POM để gia công bánh răng 111

Hình 5.31 Bánh răng trụ răng thẳng bằng nhựa và đồng thau 111

Hình 5.32 Máy trước khi cải tiến 112

Hình 5.33 Máy sau khi cải tiến 112

Bảng 1 Thông số thiết kế máy 25

Bảng 3 1 Bảng cấp chính xác của vitme THK 36

Bảng 3 2 Bảng tra độ dài và bước ren vitme bi THK 37

Bảng 3 3 Bảng hệ số an toàn tĩnh của vitme bi 41

Bảng 3 4 Bảng tra giá trị tải trọng động và tải trọng tĩnh 42

Bảng 3 5 Bảng tra hệ số tải fa 43

Bảng kí hiệu các khí cụ điện 54

CNC: Computerized Numerical Control

ĐATN: Đồ án tốt nghiệp

Hiện nay, xu hướng hội nhập kinh tế quốc tế đã và đang diễn ra với tốc độ nhanh chóng cả về chiều rộng lẫn chiều sâu ở trong nước và thế giới Với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế thị trường, sự phụ thuộc nhau về thương mại và kinh

tế giữa các quốc gia ngày càng sâu sắc Điều này ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của nguồn nhân lực có trình độ cao để đáp ứng kịp thời xu hướng phát triển của đất nước trong thời đại mới

Máy phay lăn răng CNC đã xuất hiện trên thị trường nước ta nhưng chủ yếu

là nhập khẩu từ nước ngoài Do đó xu hướng nội địa hóa các máy phay lăn răng CNC là một nhu cầu quan trọng cho việc phục vụ đào tạo giáo dục Có thể nói đây

là một thiết bị máy móc không thể thiếu trong quá trình đào tạo nhân lực có trình độ cao trong xã hội, đồng thời nó làm tiền đề cho sự phát triển của đất nước trong quá trình hội nhập quốc tế

Tuy nhu cầu dạy và học của thiết bị này rất lớn, nhưng chi phí đầu tư cho một máy phay lăn răng hiện nay khá cao và các thiết bị máy móc đều nhập từ nước ngoài nên chi phí cũng tăng cao và việc bảo trì sửa chữa cũng gặp nhiều khó khăn

Đề tài “Nghiên cứu cải tiến thiết kế và chế tạo máy phay lăn răng cnc phục vụ đào tạo” nhằm mục đích thiết kế, chế tạo máy phay lăn răng CNC có khả

năng tạo ra những sản phẩm chất lượng tương đương các máy trên thị trường và mục đích chính của nó là ứng dụng vào đào tạo cho các bậc trung cấp, cao đẳng, đại học và cao học trong việc nâng cao tay nghề người kĩ sư cơ khí trong thời đại của

công nghiệp hóa vá hiện đại hóa đất nước

Giáo viên hướng dẫn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 GIỚI THIỆU

vào năm 2020, một trong những nhiệm vụ trọng tâm là phải tạo đột phá cho ngành cơ khí Công nghiệp cơ khí là ngành công nghiệp then chốt, là nền tảng cho sự phát triển kinh tế Ngành cơ khí phát triển sẽ trực tiếp kéo theo sự phát triển các ngành công nghiệp phụ trợ khác như ô tô, tàu thủy, dầu khí…Chính vì vậy, các ngành phục vụ cho công cuộc đổi mới và phát triển này đang được quan tâm một cách tích cực Tập trung vào giáo dục, đào tạo nguồn nhân lực là một phương tiện để thúc đẩy nhanh quá trình này Ở Việt Nam, số trường đào tạo ngành cơ khí là rất nhiều, tuy nhiên số lượng máy phay lăn răng CNC là rất ít, gây khó khăn trong việc giảng dạy phay bánh răng bằng phương pháp bao hình Việc sở hữu công nghệ phay lăn răng sẽ làm bước đệm, sẽ mở ra hướng đi rộng hơn trong đào tạo nhân lực và máy móc thiết bị chỉ có thể phát huy tối đa hiệu quả bởi đội ngũ lao động có trình độ kỹ thuật cao

- Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là trong lĩnh vực gia công cơ khí thì máy CNC phải đạt độ chính xác cao, tính ổn định, năng suất cao Trong tương lai, máy phay CNC sẽ được dùng nhiều trong các xí nghiệp, phân xưởng, nhà máy trong nước Vì nó đem lại hiệu quả kinh tế rất cao, phù hợp với sản xuất số lượng lớn Tuy nhiên, chúng ta không thể tiến hành sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa bằng máy móc, thiết bị của nước ngoài Mà phải tạo sự chủ động trong công nghệ, tạo nền tảng vững chắc cho sự nghiệp phát triển

- Bên cạnh đó, một nguồn tư liệu giá trị khác chính là những máy phay CNC

đã được chế tạo cả trong và ngoài nước, bằng cách tham khảo những nghiên cứu

đó để làm cơ sở sáng tạo cho đề tài mà nhóm đang thực hiện

gia công và mài răng Phay lăn răng là phương pháp thực hiện theo nguyên lý bao hình đó là phương pháp sản xuất bánh răng rất phổ biến, cho độ chính xác và năng suất rất cao

Máy phay lăn răng CNC về cơ bản có nguyên lý cấu tạo giống với máy phay lăn răng cổ điển nhưng sử dụng bộ điều khiển để điều khiển các động cơ của máy vì vậy không cần sử dụng các cặp bánh răng thay thế

Hình 1 1 Kết cấu chung của máy

Kết cấu chung của máy bao gồm: chân đế, phần thân máy, cụm dao, cụm gá phôi và chống tâm Quá trình ăn dao là liên tục, máy không cần thiết bị đổi chiều phức tạp, cũng không cần cơ cấu phân độ giống như đầu phân độ của máy phay vạn năng bình thường Có hai lựa chọn cho sơ đồ nguyên lý:

Hình 1 2 Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC

Nguyên lý này cho ta thấy phần đầu dao đƣợc giữ cố định và phần gá phôi chuyển động tịnh tiến để gia công chi tiết

Hình 1 3 Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC

Nguyên lý này thì ngƣợc lại, phần đầu dao di động và phần trục gá phôi sẽ cố định

 Đánh giá máy phay lăn răng dựa trên tiêu chí quan trọng nhất là cấp chính xác của bánh răng Vì bánh răng là chi tiết truyền động nên đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật cao Độ chính xác của bánh răng phụ thuộc hoàn toàn vào máy, thông dụng nhất là cấp 9, 8

thanh trượt bi, động cơ servo,

độ chính xác cao

1.3 NGHIÊN CỨU NƯỚC NGOÀI

OFA75-900… Các hãng sản xuất máy phay lăn răng nổi tiếng như: RicharDon của Đức, Schiess-Brighton của Mỹ và Đức, hãng Ronson Gears của Úc…

thích hợp cho các trường hợp đơn chiếc vì nó rất tốn thời gian và không đảm bảo

độ chính xác Trong phương pháp bao hình, bánh răng được gia công theo phương pháp lăn răng Phân loại theo mức độ tự động hóa thì có hai loại: máy phay lăn răng cổ điển và máy phay lăn răng CNC

- Máy phăn lăn răng cổ điển không có bộ điều khiển Để liên kết các xích truyền động với nhau, người vận hành phải tính toán và lắp đặt thêm vào các bộ bánh răng thay thế cho các bánh răng có số răng khác nhau

Hình 1 4 Máy phay lăn răng OFA75-900.

1.4 NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC

chưa nhiều và rất ít công trình nghiên cứu máy phay lăn răng CNC

phay lăn răng CNC Về cơ bản, nhóm nghiên cứu đã thực hiện:

+ Xây dựng được giải thuật điều khiển nguyên lý bao hình để gia công bánh răng trụ răng thẳng, bánh răng trụ răng xoắn

+ Thiết kế mô hình máy 3D, 2D, mô phỏng và tính toán động lực học cho máy

+ Viết chương trình điều khiển máy

+ Thiết kế, chế tạo 1 máy phay lăn răng CNC

+ Gia công được bánh răng trụ răng thẳng bằng nhựa, đồng thau

+ Gia công bánh răng nghiêng chưa chính xác về đường xoắn trên vật liệu

dao mòn không đều

+ Hành trình di trượt cụm thân máy ngắn, ảnh hưởng đến khả năng gia công của máy

+ Hệ thống tưới nguội, bôi trơn và thoát phoi còn hạn chế

hoàn thiện hơn gồm các nội dung:

+ Phát triển thiết kế và chế tạo nhằm nâng cao độ cứng vững và độ chính xác của máy, tập trung các cụm như: cụm thân trục chính, cụm gá phôi, cụm đầu dao, cụm đế máy,…

+ Hoàn thiện giải thuật điều khiển, tăng độ chính xác gia công

+ Hoàn thiện mạch điện điều khiển, tăng độ ổn hệ thống điều khiển điện + Cải tiến giao diện điều khiển phù hợp với công tác đào tạo

+ Gia công bánh răng: để kiểm tra đánh giá độ chính xác của máy

+ Xây dựng các bài tập thực hành trên máy lăn răng CNC phục vụ đào tạo

Hình 1 5 Máy phay lăn răng CNC trường DHSPKT

1.5 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

phát triển, sử dụng hàng trong nước

- Làm nền tảng, động lực để các học viên cao học và nghiên cứu sinh cũng như giảng viên của trường ĐH SPKT TPHCM tham gia nghiên cứu, hoàn thiện thiết kế và chế tạo máy phay lăn răng

xưởng, nhà máy trong việc sản xuất bánh răng

- Hiện nay, các trường kỹ thuật đào tạo ngành cơ khí ở Việt Nam chiếm số lượng lớn Tuy nhiên có rất ít trường có máy phay lăn răng để phục vụ đào tạo, vì vậy nhu cầu là rất lớn, cần thiết khi mà giá thành của máy khá hợp lý

học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM, vì hiện nay khoa cơ khí máy không có thiết bị này nên việc giảng dạy công nghệ gia công bánh răng bằng phương pháp bao hình chỉ trên lý thuyết và mô phỏng, gây nhiều khó khăn

- Chế tạo bánh răng một cách nhanh chóng, giúp phát triển các ngành công nghiệp phụ trợ như đóng tàu, dầu khí, Góp phần phát triển sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước

vụ đào tạo” là cần thiết và cấp thiết.

1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN

 Ý nghĩa khoa học

mới, phương hướng phát triển mới trong công tác đào tạo và giáo dục

nghiệp nước nhà

- Giúp người nghiên cứu vận dụng các kỹ năng, kiến thức đã học vào đời sống

 Ý nghĩa thực tiễn

chế tạo máy, cùng với kỹ năng làm việc độc lập cũng như làm việc nhóm

trường kỹ thuật và gia công bánh răng

1.7 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

trình và điều khiển máy phay lăn răng CNC

lăn răng CNC

- Lập trình, điều khiển máy phay CNC để gia công ra sản phẩm và đạt độ chính xác theo yêu cầu

1.8 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

 Đối tượng nghiên cứu

- Phần mềm điều khiển delphi 7

 Phạm vi nghiên cứu

và nghiêng

1.9 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 Cơ sở phương pháp luận

Căn cứ vào những kiến thức đã có về máy phay lăn răng CNC, tiến hành phân tích, tìm ra giải pháp mới, cải tiến và chế tạo, thực nghiệm Sau đó, tiến hành tổng hợp, đánh giá giải pháp để đề ra tối ưu hay không tối ưu

 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

CNC

- Phân tích đánh giá và hiệu chỉnh thiết kế

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Nguyên lý phay lăn răng

Hình 2 1 Sơ đồ nguyên lý phay lăn răng

- Phay lăn răng là phương pháp thực hiện theo nguyên lý bao hình đó là phương pháp sản xuất bánh răng rất phổ biến, phương pháp này cho độ chính xác

và năng suât rất cao

được thực hiện trên máy chuyên dùng Trong đó dao và phôi thực hiện sự ăn khớp của bộ truyền trục vít bánh vít Quá trình ăn dao là liên tục, máy không cần thiết bị đổi chiều phức tạp, cũng không cần cơ cấu phân độ giống như đầu phân

độ của máy phay vạn năng bình thường Từ đó thời gian phục vụ liên quan đến đổi chiều hay phân độ được loại trừ

răng của cặp ăn khớp ở mặt phẳng pháp tuyến tn=π.m góc ăn khớp của cả cặp

- tốc độ góc, số vòng quay, số răng của bánh răng

2.2 Phay lăn răng thẳng

tiết quay np vòng Lúc ấy khi dao quay 1/k vòng thì chi tiết quay 1/z vòng phôi Với: k là số đầu mối của dao

z là số răng của bánh răng cần gia công

tiến đứng S1 này nhanh hay chậm tùy thuộc vào tốc độ cắt của dao Trước khi cắt, dao còn có chuyển động hướng kính sao cho vòng lăn của dao tiếp xúc với vòng lăn của phôi, điều này đảm bảo cho gia công đạt chiều sâu của rãnh răng

vậy ta phải gá dao sao cho trục của dao nghiêng 1 góc α so với mặt đầu của chi tiết gia công, góc α này bằng với góc nâng ren của đường xoắn ốc ren trục vít Dao phay gá nghiêng về phía nào tùy thuộc vào hướng nghiêng của răng dao

răng, từ biểu thức (1) ta có thể chọn số vòng quay nd và nc thích hợp cho dao và phôi Đối với máy phay lăn răng điều khiển số công việc này được thực hiện tự

- Sơ đồ bố trí dao khi gia công răng thẳng:

nhưng phải gá trục dao lệch đi một góc ω,  = 

α là góc nâng ren của trục dao Dấu (-) khi dao và chi tiết cùng chiều nghiêng Dấu (+) khi chi tiết và dao ngược chiều nghiêng

Hình 2 4 Bánh răng nghiêng trái dao Hình 2 5 Bánh răng nghiêng phải dao

- Khi phay răng nghiêng, S1 tiến đứng song song trục phôi nên phôi phải có chuyển động quay bổ trợ để hướng răng dao trùng hướng của trục phôi Để thực hiện nhiệm vụ này chúng ta phải thiết kế bộ truyền vi sai trong xích trong xích truyền động

đó ta tính lại bộ bánh răng thay thế cho phù hợp chọn phương pháp không vi sai

để gia công bánh răng nghiêng

2.4 Khả năng công nghệ của máy phay lăn răng

- Gia công bánh răng trụ răng thẳng

- Gia công bánh răng trụ răng nghiêng

Đối với máy thiết kế thì sẽ gia công được bánh răng thẳng và bánh răng

 Ưu, nhược điểm của máy phay lăn răng

+ Độ chính xác gia công cao

+ Năng suất cao

+ Có thể gia công nhiều bánh răng giống nhau trên một lần gá

+ Gia công bánh răng có modul lớn sẽ có ưu thế hơn các phương pháp khác

+ Dao chế tạo phức tạp

+ Khoảng thoát dao lớn

+ Không gia công được răng trong lỗ

+ Không thể gia công được hệ bánh răng bậc gần nhau

+ Tương quan của cơ cấu truyền động đòi hỏi chính xác cao

2.5 Phương pháp lăn răng

 Nếu xét nguyên lý tạo răng, ngày nay có hai phương pháp gia công bánh răng: phương pháp định hình và phương pháp bao hình

bằng dụng cụ cắt có lưỡi dạng rãnh răng

trên vành của bánh răng gia công và khi đó các lưỡi cắt của dụng cụ dần dần chiếm các vị trí trên bánh răng mà đường bao của chúng là profin thân khai của bánh răng gia công

 Có hai phương pháp bao hình: phay lăn răng và xọc răng

nguyên lý ăn khớp của bộ truyền trục vít - bánh vít, sự ăn dao của dao lăn răng là

- Sự ăn khớp của dao phay lăn răng và bánh răng gia công phải đảm bảo cho

mặt phẳng pháp tuyến α=20 độ

 Các chuyển động cơ bản của phương pháp phay lăn răng

- Chuyển động cắt chính: chuyển động quay tròn của dao phay lăn răng tạo nên vận tốc cắt

răng

Ngoài các chuyển động cơ bản trên, máy lăn răng còn có các chuyển động sau:

cắt hay để gia công bánh vít bằng phương pháp tiến hướng kính

Như vậy một máy phay lăn răng sẽ có nhiều xích truyền động và chúng phối hợp với nhau với mục đích cuối cùng là tạo nên quá trình gia công hoàn chỉnh bánh răng

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1 Lựa chọn phương án kết cấu chung của máy

 Yêu cầu đề tài

Bảng 1 Thông số thiết kế máy

Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học cần đạt Ghi chú

Máy phay lăn răng

CNC

 Phương án thiết kế

Phương án 1

Hình 3 1 Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC phương án

1

thấy phần đầu dao được giữ cố định và phần gá phôi chuyển động tịnh tiến để gia công chi tiết

3.2 Tính toán, lựa chọn động cơ trục phôi

 Xác định công suất động cơ truyền động trục Z:

Ta có momen xoắn cần thiết để cung cấp cho trục vitme đƣợc tính theo công thức 9-1 trang 221 sách thiết kế chi tiết máy của Nguyễn Trọng Hiệp:

Trong đó, : Công suất cần thiết

n: Số vòng quay trục chủ động M: Mômen xoắn cần thiết

 Tính momen xoắn cần thiết:

Nhập các thông số cần thiết vào ô trống:

Chú thích:

- Load and linear guide: Tải và dẫn hướng

- Total length (mm) tổng chiều dài: 549 mm

- Lead (pitch) (mm/rev) (bistance the screw moves in one rotation)

- Bước vitme: 6 mm

- Materical chất liệu: thép CT3

- Primary pulley (gear) thickness (mm): Độ dày puly 15 mm

- Primary pulley (gear) material chất liệu puly: CT3

- Stopping accuracy: Dừng chính xác: 0.05 mm

- Safety factor : Hệ số an toàn 1.75

Ta tính đƣợc mômen xoắn cần thiết theo phần mềm là:

M = 370 (N.m) Lấy M = 370 (N.m) Vậy công suất cần thiết là:

đối với vật liệu này lại gặp những khó khăn Tuy nhiên đây là một đề tài phát

C

d

N

phù hợp nhất về chế độ cắt gọt của mô hình hiện tại dựa trên các tiêu chí sau: + Công suất cắt của máy vừa phải nhằm đảm bảo cho máy nhỏ gọn, tính thẩm mỹ cao

+ Quá trình gia công diễn ra trong thời gian hợp lý, phù hợp với mục đích nghiên cứu

- Mặc dù vậy nhưng nhóm vẫn minh họa quy trình tính toán cần làm với những công thức cụ thể khi gia công một bánh răng trong thực tế sản xuất

 Chọn đường kính dao phay chuẩn

- Đường kính dao phay lăn răng sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến năng suất chất lượng của chi tiết gia công và chúng ta quan tâm đến tính khả thi khi chế tạo và tính thẩm mỹ cao

suất cao, độ chính xác gia công cao Tuy nhiên nếu đường kính dao lớn sẽ tiêu hao nhiều năng lượng, tăng momen xoắn và lực cắt khi gia công dẫn đến kết cấu chi tiết máy cũng sẽ lớn lên làm cho máy không còn nhỏ gọn chính vì vậy chúng

ta không nên chọn dao có đường kính quá lớn

- Ta có công thức tính đường kính giới hạn dao như sau: theo sách thiết kế dụng cụ cắt gọt bánh răng, công thức 3-9 trang 72:

Dd2 H + 2 e + d Trong đó:

Dd : Đường kính dao

H : Chiều cao dao răng

e : Chiều dày từ cổ trục dao đến chân răng

d : Đường kính lỗ trục dao

 Vậy khoảng kích thước đường kính dao phay lăn răng là:

nhất có thể, xuất phát từ độ cứng vững và độ bền của hệ thống công nghệ, công suất máy và các yếu tố khác Khi gia công tinh, chiều sâu cắt phụ thuộc vào yêu cầu về độ chính xác kích thước và độ nhám bề mặt gia công

chính là mô phỏng về mặt nguyên lý của quá trình gia công răng bằng phương pháp phay bao hình Do vậy cũng không đặt nặng về độ chính xác cũng như độ bóng của chi tiết gia công răng chỉ bằng một lần cắt với toàn bộ chiều sâu cắt của bánh răng cần gia công Ta chọn t = 2,25 (mm)

 Lượng chạy dao

- Tương tự như chiều sâu cắt, lượng chạy dao S khi gia công thô ta lấy lớn nhất có thể, xuất phát từ độ cứng vững và độ bền của hệ thống công nghệ, công suất máy và các yếu tố khác Khi gia công tinh, lượng chạy dao phụ thuộc vào yêu cầu về độ chính xác kích thước và độ nhám bề mặt gia công “lượng chạy dao

(mm/vòng) khi gia công tinh đối với thép 1-2 (mm/vòng) và đối với gang 1,2-2,2 (mm/vòng)

tế của mô hình này là: S = 1,67 (mm/ph)

cứng vững cũng như đáp ứng được mục đích diễn trình sư phạm

 Tốc độ cắt

m S T

Số vòng quay trong một phút của dao:

32 , 30 1000

m: Module của bánh răng đƣợc cắt

K10: Hệ số tính đến số đầu mối của dao phay khi số đầu mối q = 1 thì K10

Ta chọn động cơ servo 750 W

3.4 Tính toán, lựa chọn vitme - đai ốc bi

Hình 3 4 Các bước tính toán, lựa chọn vitme- đai ốc bi

- Khi chọn vítme trước hết cần xem xét lựa chọn cấp chính xác, giả sử độ chính xác mong muốn là ± 0.1/300 mm thì tra catalogue của hãng sản xuất để lựa chọn cấp chính xác tốt nhất, nếu dùng catalogue của THK thì có cấp chính xác

Bảng 3 1 Bảng cấp chính xác của vitme THK

dài vitme có thể chọn vitme dài khoảng 600 mm và thanh trượt được chọn có kích tương đương với chiều dài vitme

- Bước ren của vitme có thể chọn theo kinh nghiệm như sau: Đối với thanh vitme ngắn và ứng dụng cho máy cần độ phân giải cao có thể sử dụng bước ren nhỏ, còn đối với thanh vitme dài hơn 500 mm, dùng cho máy cần tốc độ cao thì

có thể chọn bước ren lớn 10 mm, 20 mm Ngoài ra ta cũng có thể tính bước ren thông qua công thức sau:

Bước ren ≥ V max /N max

Với:

Vmax là tốc độ di chuyển lớn nhất (mm/s)

Nmax là tốc độ quay lớn nhất (vòng/s) Khi đã chọn được bước ren ta tiếp tục tra bảng để tìm ra đường kính ngoài của vitme tương ứng với bước ren đó, đồng thời đường kính ngoài của vitme lại

có liên hệ với chiều dài vítme thông qua cấp chính xác (các bảng tra có thể sẽ khác nhau đối với từng hãng sản xuất, dưới đây nhóm trích một phần bảng tra của hãng THK trang 718 và 720)