Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN ĐẾ VÀ VỎ TRÊN MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC
-
LỜI CẢM ƠN
Trải qua hơn 10 tuần thực hiện đề tài thì nhóm đã hoàn thành một cách thành công, tốt đẹp nhất đề tài của mình. Để góp phần vào sự thành công đó, ngoài sự nỗ lực, quyết tâm thực hiện của các thành viên trong nhóm thì còn có sự giúp đỡ trực tiếp hay gián tiếp của bạn bè, thầy cô, người thân và gia đình.
Trước tiên, nhóm xin cảm ơn sự giúp đỡ về mọi mặt như dụng cụ, trang thiết bị, tài chính,… và cả động viên tinh thần của bạn bè – những người bạn đích thực của nhóm.
Tiếp theo nhóm cũng xin cám ơn sự hỗ trợ giúp đỡ về một số lý thuyết, kiến thức chuyên ngành cơ khí – kỹ thuật của các thầy cô thuộc khoa Cơ khí Chế tạo máy. Đồng thời, nhóm cũng xin cám ơn các thầy cô, cán bộ viên chức nhà trường đã giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện cho nhóm thực hiện đề tài.
Bên cạnh đó không thể nói đến sự giúp đỡ của giáo viên phản biện – thầy PGS.TS. Trương Nguyễn Luân Vũ đã giúp nhóm chỉnh sửa và hoàn thiện đề tài của mình.
Góp phần lớn vào sự thành công của nhóm đã là sự giúp đỡ về mọi mặt của giáo viên hướng dẫn – PGS. TS Lê Hiếu Giang; ThS. Đặng Minh Phụng; ThS. Lê Linh; ThS. Nguyễn Bá Trương Đài và trung tâm tư vấn thiết kế và chế tạo thiết bị công nghiệp.
Cuối cùng, nhóm xin được gửi lời cảm ơn tới người thân và gia đình, những người đã luôn sát cánh bên nhóm trong mọi quãng đường.
Một lần nữa nhóm xin chân thành cảm ơn!
TÓM TẮT BẰNG TIẾNG VIỆT
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN ĐẾ VÀ VỎ TRÊN MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC
Tác giả: Phan Văn Hải & Thạch Chí Nhân
Chi tiết bánh răng là một trong các chi tiết rất quan trọng trong ngành cơ khí, được dùng hầu hết trong các bộ truyền động của các loại máy móc, động cơ xe hơi, honda... Chính vì vậy, các nước đã tập trung vào nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các loại máy chuyên dùng để gia công các loại bánh răng khác nhau với mức độ hoàn thiện cao. Tiếp theo xu hướng đó nhóm đã quyết định tìm hiểu và thiết kế máy phay lăn răng CNC ( đế và vỏ) thông qua mạng internet, báo chí, sách, phần mềm hổ trợ thiết kế inventor 2015 và sự hướng dẫn của các thầy trong khoa, các kỹ sư ở các xưởng gia công bánh răng.
Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài nhóm đã đạt được một số kết quả sau:
- Thiết kế và tính toán được bộ phận chân đế và vỏ trên máy phay lăn răng CNC
- Lắp ghép hoàn chỉnh với cụm đầu dao và cụm gá phôi, mô phỏng chuyển động của máy bằng phần mềm Inventor Professional 2015
Từ khóa: máy cnc, máy phay lăn răng cnc, gia công bánh răng…
ABSTRACT
RESEARCH, DESIGN, CALCULATE OF THE BASE AND COVER ON CNC GEAR HOBBING MACHINE
Author: Hai Phan Van & Nhan Thach Chi
Gear is one of the more important in the mechanical engineering industry, which is used mostly in the transmission of all kinds of machinery, motor car, honda ... Therefore, the country has set centered on research, design and manufacture of special-purpose machines for processing different types of gears with a high degree of perfection. Following that trend, the group decided to explore and design CNC gears hobbing machine (base and cover) by the Internet, newspapers, books, software design supports inventor 2015, and the guidance of the teacher in science, the engineers at the factory gears.
Through the research process and implement the project team has achieved some results follows:
- Design and calculate the base and cover on CNC gears hobbing machine.
- Assembly complete with the hob head and tail stock, simulating the motion of the machine by Inventor Professional 2015 software
Keywords: cnc machines, cnc gears hobbing machine , gears ...
MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA.. i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. ii
BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN.. iii
BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN.. iv
LỜI CẢM ƠN.. v
TÓM TẮT BẰNG TIẾNG VIỆT.. vi
ABSTRACT.. vii
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT.. viii
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU.. ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ.. x
Phần mở đầu. 1.
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨUTHUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC.1
1.1. Ngoài nước. 1
1.2. Trong nước. 2
1.3. Tính cấp thiết của đề tài2
1.4. Mục tiêu đề tài3
1.5. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu. 3
1.6. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu. 3
1.7. Nội dung nghiên cứu và tiến độ thực hiện. 3
Phần Nội Dung. 5
Chương 1: TỔNG QUAN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG.. 5
1.1. KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI, ƯU NHƯỢC ĐIỂM... 5
1.1.1. Khái niệm... 5
1.1.2. Phân loại5
1.2. TỔNG QUAN VỀ BÁNH RĂNG VÀ DAO PHAY LĂN RĂNG.. 7
1.2.1. Tổng quan về bánh răng. 7
1.2.2. Tổng quan về dao phay lăn răng. 8
1.2.3. Tổng quan về máy phay lăn răng. 11
1.2.4.Tổng quan về máy phay lăn răng CNC.12
Chương 2: CƠ SƠ LÝ THUYẾT VỀ BÁNH RĂNG.. 14
2.1. LÝ THUYẾT VỀ BÁNH RĂNG.. 14
2.1.1. Phân loại bánh răng.14
2.1.2. Độ chính xác của bánh răng.14
2.1.3. Vật liệu làm bánh răng.15
2.2. LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ GIA CÔNG BÁNH RĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHAY LĂN RĂNG.16
2.2.1. Nguyên lý phay lăn răng.16
2.2.2. Phay lăn răng thẳng.16
2.2.3. Phay lăn răng nghiêng.17
2.2.4. Khả năng công nghệ của máy phay lăn răng.18
2.2.5. Phương pháp lăn răng. 19
2.2.6. Tìm hiểu máy phay lăn răng GHO- 200. 20
2.2.7. Tìm hiểu đế máy của một số máy CNC khác.22
2.2.8. Kết luận. 24
Chương 3 : NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THIẾT KẾ MÁY CẮT KIM LOẠI. 25
3.1 Các tiêu chí cơ bản của máy cắt kim loại25
3.1.1: Độ chính xác của máy. 25
3.1.1.1 Khái niệm:25
3.1.1.2 Biện pháp nâng cao độ chính xác gia công trên máy:25
3.1.2 Độ cứng vững của máy.25
3.1.2.1 Khái niệm:25
3.1.2.2 Biện pháp nâng cao độ cứng vững.26
3.1.3.Độ tin cậy và tuổi thọ của máy. 26
3.1.3.1 Khái niệm:26
3.1.3.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của máy.26
3.1.3.3 Các biện pháp đảm bảo độ tin cậy của máy. 26
3.1.4 Độ bền và độ mòn của máy. 27
3.1.4.1 Độ bền của máy:27
3.1.4.2 Độ mòn của máy. 27
3.1.5 Độ dao động và ảnh hưởng nhiệt.28
3.1.5.1 Độ dao động:28
3.1.5.2Ảnh hưởng nhiệt28
3.2Cơ sở thiết kế máy cắt kim loại:28
CHƯƠNG 4: YÊU CẦU VỀ THIẾT KẾ THÂN MÁY VÀ SỐNG TRƯỢT.. 29
4.1. Thiết kế thân máy. 29
4.1.1. Yêu cầu của thân máy:29
4.1.1.1 Đảm bảo đầy đủ độ cứng vũng và độ giảm chấn:29
4.1.1.2Đảm bảo đầy đủ tính công nghệ. 29
4.1.2. Kết cấu của thân máy. 29
4.1.3 Vật liệu thân máy. 30
4.1.3.1Gang xám :30
4.1.3.2Thép :30
4.1.3.3 Các vật liêu khác:30
4.2 Thiết kế sống trượt30
4.2.1. Yêu cầu của sống trượt30
4.2.2 vật liệu sống trượt31
CHƯƠNG 5: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐẾ VÀ VỎ MÁY PHAY LĂN RĂNG.. 32
5.1. YÊU CẦU ĐỀ TÀI.32
5.2. Phương án thiết kế đế máy.33
5.2.1. Phương án 1: Đúc tạo phôi33
5.2.2. Phương án 2:Hàn tạo phôi37
5.2.2.1. Phương án 1:37
5.2.2.2. Phương án 2. 41
5.3 Thiết kế vỏ máy phay CNC.. 49
5.3.1 Đặc điểm, yêu cầu làm việc của vỏ máy phay cnc:49
5.3.2 Phương pháp gia công. 49
5.3.2.Thiết kế tính toán chi tiết.49
5.3.2.1. Kiểu dáng 1.49
5.3.2.3 Kiểu dáng 3:51
CHƯƠNG 6 : NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN.. 52
6.1 Nhận xét52
6.2 Kết luận. 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 53
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
CNC: “Computer Numerical Control”
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 5.1: Thông số thiết kế máy………………………………………………………..32
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ
Hình 1 Máy phay lăn răng GHO-200……………………………………………………..2
Hình 1.1 Truyền động giữa các trục song song…………………………………………...5
Hình 1.2 Truyền động bánh răng côn (các trục cắt nhau)…………………………………5
Hình 1.3. Truyền động giữa các trục chéo………………………………………………...6
Hình 1.5. Truyền động bánh răng hành tinh………………………………………………6
Hình 1.6. Bánh răng nội tiếp………………………………………………………………6
Hình 1.7. Thông số hình học của bộ truyền bánh răng thẳng……………………………..7
Hình 1.8. Dao phay lăn răng………………………………………………………………9
Hình 1.9. Kết cấu dao phay lăn răng……………………………………………………..10
Hình 1.10. Dao phay lăn răng……………………………………………………………10
Hình 1.11. Phay lăn răng bánh răng……………………………………………………...11
Hình 1.12. Phay lăn răng bánh răng cở lớn………………………………………………12
Hình 1.13. Máy lăn răng CNC…………………………………………………………...13
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý phay lăn răng………………………………………………...18
Hình 2.2. Gá dao nghiêng hướng trái…………………………………………………….17
Hình 2.3. Gá dao nghiêng hướng phải…………………………………………………...17
Hình 2.4. Bánh răng nghiêng trái dao xoắn……………………………………………...18
Hình 2.5. Bánh răng nghiêng phải dao xoắn……………………………………………..18
Hình 2.6: Máy GHO- 200………………………………………………………………..20
Hình 2.7: Bản vẻ tổng thể máy GHO-200……………………………………………….21
Hình 2.8: Hình ảnh đế máy GHO- 200…………………………………………………..21
Hình 2.9: CNC MILL……………………………………………………………………22
Hình 2.10: Kết cấu đế máy CNC MILL…………………………………………………23
Hình 2.11:Đế máy CNC MILL hoàn chỉnh……………………………….......................23 Hình 2.12: Hình ảnh gia công thực tế……………………………………………………24 Hình 5.1 Đế do nhóm thiết kế……………………………………………………………33 Hình 5.2 Đế GHO – 2……………………………………………………………………33Hình 5.3 Khối lượng đế đúc……………………………………………………………..35
Hình 5.4 Phân bố ứng suất trên toàn chân đế……………………………………………35
Hình 5.5 Sự biến dạng của chân đế trong quá trình gia công…………………………..35
Hình 5.6 Hệ số an toàn của chân đế…………………………………………………….36
Hình 5.7 Thiết kế tham khảo…………………………………………………………….37
Hình 5.8 Thiết kế của nhóm…………………………………………………………….37
Hình 5.9 Hình ảnh chế tạo thực tế………………………………………………………38
Hinh 5.10 Thiết kế của nhóm……………………………………………………….…..38
Hinh 5.11 Hình ảnh thanh trượt được gia công thực tế…………………………………38
Hình 5.12 Khối lượng của đế……………………………………………………………39
Hình 5.13 Phân bố ứng suất trên toàn chân đế…………………………………………39
Hình 5.14 Sự biến dạng của chân đế trong quá trình gia công……………………...…..40
Hình 5.15 Hệ số an toàn của chân đế…………………………………………………...40
Hình 5.16 Tham khảo đế hàn ngoài thực tế……………………………………………..41
Hình 5.16 Thiết kế của nhóm……………………………………………………………42
Hình 5.17: Kết cấu thân đế………………………………………………………………43
Hình 5.18 Thiết kế của nhóm……………………………………………………………44
Hình 5.19 Hình ảnh đế tham khảo………………………………………………………44
Hình 5.20 Thiết kế của nhóm……………………………………………………………45
Hình 5.21 Hình ảnh gia công minh họa…………………………………………………45
Hình 5.22 Khối lượng của đế………………………………………………………… 46
Hình 5.23 Phân bố ứng suất trên toàn chân đế………………………………………….46
Hình 5.24 Sự biến dạng của chân đế trong quá trình gia công………………………….47
Hình 5.25 Hệ số an toàn của chân đế……………………………………………………47
Hình 5.26 Thiết kế của nhóm……………………………………………………………49
Hình 5.27 Máy GHO-200………………………………………………………………..49
Hình 5.28 Thiết kế của nhóm……………………………………………………………50
Hình 5.29 Hình tách kết cấu vỏ máy kiểu dáng 1………………………………………. 50
Hinh 5.30 Kiểu dáng do nhóm thiết kế……………………………………… …………50
Hình5.31 Máy GHO-500……………………………………………………………….50
Hình 5.32 Hình tách kết cấu vỏ máy kiểu dáng 2………………………………………50
Hình 5.33 Kiểu dáng 3 do nhóm thiết kế………………………………………………..51
Hình 5.34 Bản vẽ tách kết cấu máy kiểu dáng 3…………………………………………51
PHẦN MỞ ĐẦU
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨUTHUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC.
1.1. Ngoài nước
Công nghệ gia công chi tiết máy cũng như bánh răng tại các nước phát triển gần như đã tự động hóa toàn bộ. Dây chuyền gia công bánh răng gần như khép kín từ khâu gia công phôi đến khâu cắt răng, cạo răng, mài răng.
Các loại máy gia công bánh răng theo phương pháp chép hình, bao hình cũng được nghiên cứu và chế tạo từ lâu và ngày càng hoàn thiện ở các nước công nghiệp ví dụ như 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….
Trong phương pháp bao hình, bánh răng được gia công theo phương pháp lăn răng. Các loại máy phay lăn răng đã được thiết kế và sản xuất (phân loại theo mức độ tự động hóa): 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.
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 theo các mối quan hệ về truyền động nhất định và vì vậy không cần sử dụng hệ bánh răng thay thế. Do sử dụng bộ điều khiển CNC nên máy có thể vừa gia công được các loại bánh răng, đĩa xích thông thường như máy cổ điển vừa gia công được các loại dạng trục có rãnh đặc biệt khác mà máy cổ điển không thể gia công được.
Hình 1 Máy phay lăn răng GHO-200
1.2. Trong nước
- Ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu chế tạo máy gia công bánh răng là chưa nhiều và chưa có các công trình nghiên cứu máy phay lăn răng CNC.
- TS. Lê Hiếu Giang đã hướng dẫn KS. Hồ Thế Ngọc Quang thực hiện luận văn thạc sĩ (bảo vệ năm 2008) về chế tạo mô hình máy phay lăn răng CNC có thể gia công bánh răng nhựa. Nhóm tác giả cũng đã xây dựng được các giải thuật điều khiển máy để có thể gia công được các loại bánh răng thẳng và răng nghiêng. Tuy nhiên, đề tài chưa tính toán thiết kế cho một máy thật và mô hình chỉ mới sử dụng động cơ bước, trong khi đó nếu sử dụng động cơ Servo sẽ phù hợp với yêu cầu gia công bánh răng hơn.
- Luận văn thạc sĩ (bảo vệ năm 2010) do KS. Trần Việt Dũng thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Hiếu Giang đã đưa ra được bản vẽ thiết kế chi tiết cơ khí, tuy nhiên phần thiết kế cần tiếp tục phải cải tiến và phần điều khiển máy phải hoàn thiện hơn.
1.3. Tính cấp thiết của đề tài
Ở các nước công nghiệp hiện nay, quá trình gia công cơ khí có mức độ tự động hóa rất cao nhờ ứng dụng các kết quả nghiên cứu về lĩnh vực cơ khí, tự động hóa và điều khiển. Chi tiết bánh răng là một trong các chi tiết rất quan trọng trong ngành cơ khí, được dùng hầu hết trong các bộ truyền động của các loại máy móc, động cơ xe hơi, honda... Chính vì vậy, các nước đã tập trung vào nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các loại máy chuyên dùng để gia công các loại bánh răng khác nhau với mức độ hoàn thiện cao. Với mục tiêu phần đấu vào năm 2020, đất nước ta vềcơ bản là nước công nghiệp, đồng thời có thể phát triển mạnh ngành công nghiệp phụ trợ thì việc phát triển khoa học công nghệ nói chung và đầu tư vào việc nghiên cứu, sở hữu công nghệ chế tạo máy móc thiết bị công nghiệp để gia công các chi tiết máy quan trọng nói riêng càng trở nên cấp thiết.
1.4. Mục tiêu đề tài
- Thiết kế mô hình máy 3D, 2D, mô phỏng.
- Kết hợp với 2 nhóm cụm gá phôi và cụm đầu dao để lắp ráp thành máy phay lăn răng CNC hoàn chỉnh.
1.5. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu
1.5.1. Cách tiếp cận
- Tiếp cận tổng quan về các vấn đề liên quan đến máy phay gia công bánh răng bao hình từ tổng thể đến các kết cấu và chi tiết.
- Tiếp cận những vấn đề mới về gia công bánh răng để phục vụ cho nghiên cứu.
1.5.2. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết.
- Nghiên cứu so sánh, diễn dịch và quy nạp.
- Nghiên cứu mô phỏng.
1.6. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu
Nguyên lý gia công bánh răng, các loại máy gia công bánh răng.
- Phạm vi nghiên cứu.
Do thời gian thực hiện có hạn nên phạm vi nghiên cứu được giới hạn như sau:
- Nguyên lý gia công bao hình bánh răng trụ răng thẳng và răng nghiêng.
- Nghiên cứu các loại máy gia công bánh răng dạng trụ răng thẳng và nghiêng vừa và nhỏ.
- Đưa ra phương án thiết kế máy gia công bánh răng trụ răng thẳng và nghiêng vừa và nhỏ.
- Thiết kế, chế tạo đế và vỏ máy CNC gia công bánh răng trụ răng thẳng và nghiêng vừa và nhỏ.
1.7. Nội dung nghiên cứu và tiến độ thực hiện
Nội dung nghiên cứu (trình bày dưới dạng đề cương nghiên cứu chi tiết).
Nội dung 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu.
- Tổng quan về vấn đề phay lăn răng.
- Mục tiêu đề tài .
- Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu.
- Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.
Nội dung 2: Cơ sở lý thuyết.
- Lý thuyết gia công bánh răng.
- Lý thuyết thiết kế máy điều khiển số CNC.
- Lý thuyết mô phỏng.
Nội dung 3: Thiết kế phần máy.
- Phân tích các phương án và lựa chọn phương án.
- Thiết kế phần thân máy.
- Thiết kế các bộ phận còn lại.
Nội dung 4: Kết luận - kiến nghị.
PHẦN NỘI DUNG
Chương 1: TỔNG QUAN BỘ TRUYỀN BÁNH RĂNG
1.1. KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI, ƯU NHƯỢC ĐIỂM
1.1.1. Khái niệm
- Bánh răng là một trong những chi tiết truyền động quan trọng và phổ biến nhất của ngành cơ khí.
- Bánh răng là cơ cấu có khớp loại cao dùng để biến đổi loại truyền chuyển động theo nguyên tắc ăn khớp trực tiếp giữa hai khâu. Truyền động bánh răng thực hiện truyền chuyển động và tải trọng nhờ sự ăn khớp giữa các răng hoặc thanh răng.
1.1.2. Phân loại
- Truyền động bánh răng được phân loại theo các đặc điểm về hình học và chức năng.
- Truyền động giữa các trục song song: bánh răng trụ bánh răng thẳng (hình 1.1 a), răng nghiêng (hình 1.1- b) răng chữ V (hình 2.1 c), ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong dùng để truyền động.
Truyền động bánh răng côn răng thẳng (hình 1.2 a), răng cong hoặc răng nghiêng (hình 1.2 b) dùng để truyền động giữa các trục cắt nhau.
Truyền động bánh răng - thanh răng dùng để đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến hoặc ngược lại (hình 1.4).
Theo đặc trưng của chuyển động của trục mang bánh răng có:
- Truyền động thường: trong loại này đường tâm hình học của các trục bánh răng là cố định.
- Truyền động hành tinh: đường tâm của trục một vài bánh răng là di động.
v Theo vị trí tương đối của hai tâm quay đối với tiếp tuyến với hai đường tròn lăn tại điểm tiếp xúc giữa hai vòng này:
- Bánh răng ngoại tiếp: tâm quay của hai bánh răng nằm ở hai phía của đường tiếp tuyến.
- Bánh răng nội tiếp: tâm quay của hai bánh răng ở về một phía của đường tiếp tuyến
v Theo hướng răng trên bánh răng:
- Bánh răng thẳng
- Bánh răng nghiêng
- Bánh răng xoắn
- Bánh răng cong
v Theo đường cong dùng làm biên dạng của răng:
- Bánh răng thân khai.
- Bánh răng xyclôit.
- Bánh răng Nôvikôv.
v Ngoài ra, bánh răng còn có thể chia thành bánh răng có tỷ số truyền không đổi và thay đổi (bánh răng không tròn) theo quy luật nhất định; bánh răng trong truyền động kín (trong hộp giảm tốc; hộp tốc độ; hộp chạy dao) và truyền động hở; bánh răng trong bộ truyền lực (dùng để truyền công suất là nhiệm vụ chủ yếu) và trong bộ truyền động học (truyền chuyển động đảm bảo tỷ số truyền chính xác là nhiệm vụ chủ yếu); bánh răng trong bộ truyền giảm tốc và tăng tốc; bánh răng phẳng và bánh răng không gian.
1.2. TỔNG QUAN VỀ BÁNH RĂNG VÀ DAO PHAY LĂN RĂNG
1.2.1. Tổng quan về bánh răng
v Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền bánh răng trụ
Hình 1.7. Thông số hình học của bộ truyền bánh răng thẳng.
- Số răng Z1 Z2
- Tỷ số truyền:
- Bước răng trên vòng chia : t (mm)
- Môđun ăn khớp: là thông số cơ bản về kích thước của răng, được tiêu chuẩn hoá
- Đường kính vòng đỉnh răng: De = D + 2m
- Đường kính vòng chân răng: Di = D – 2,5m
- Khe hở của răng: Co = 0,25m
- Đường kính vòng lăn : d1 = m.Z1 ; d2 = m.Z2
- Khoảng cách trục :
- Góc ăn khớp: a = 20o
- Đường kính vòng cơ sở: d0 = d.cosa
Bánh răng
- Đương kính lớn nhất bánh răng thẳng: 180 mm
- Bề dày của bánh răng thẳng: 150 mm
- Module của bánh răng: 0,2,…, 2,5
1.2.2. Tổng quan về dao phay lăn răng
- Dao phay lăn răng hay còn gọi là dao phay lăn răng trục vít dùng để cắt bánh răng theo phương pháp bao hình, dựa trên nguyên lý ăn khớp giữa bánh vít với trục vít. Thực chất, dao phay lăn răng là một trục vít trên đó có chế tạo các rãnh để tạo ra mặt trước của răng và các lưỡi cắt. Để tạo ra góc sau, mặt sau của răng dao được hớt lưng theo đường cong Acsimet. Dao phay lăn răng có một hoặc nhiều đầu mối. Dao một đầu mối bảo đảm độ chính xác gia công cao nên dùng để gia công tinh. Dao có hai hay nhiều đầu mối cho năng suất cắt cao nên dùng trong gia công thô bánh răng.
- Dao phay lăn răng là dụng cụ gia công răng được dùng nhiều phổ biến, nó dùng để gia công bánh răng ăn khớp ngoài (và một phần cho bánh răng ăn khớp trong) răng thẳng, răng nghiêng (răng xoắn), bánh răng chữ V và còn để gia công bánh vít nữa.
Hình 1.8. Dao phay lăn răng
- Dạng profin răng dao phay phụ thuộc vào dạng prôfin của bánh răng gia công, vì vậy dạng prôfin của răng dao phay có thể là thân khai xyclôit, Nôvicốp...vv
a. Phân loại
- Dựa vào số đầu mối dao phay lăn răng phân thành:
+ Dao phay lăn răng một đầu mối
+ Dao phay lăn răng nhiều đầu mối
- Dựa vào dạng prôfin của trục vít người ta phân biệt:
+ Dao phay lăn Acsimet
+ Dao phay lăn răng Côvôliut
+ Dao phay lăn thân khai
- Dựa vào kết cấu của dao phay lăn được phân thành hai loại:
+ Dao phay lăn nguyên khối chuôi rời hoặc chuôi liền, ở loại này dao phay được chế tạo từ một phôi hoàn chỉnh.
+ Dao phay ghép được chế tạo để cắt các loại bánh răng có mô đun lớn (m>10mm)
b. Kết cấu của dao phay lăn trục vít
Hình 1.9. Kết cấu dao phay lăn răng
v Trong đó:
- Deu - Đường kính ngoài của dao.
- P - Chiều dày nhỏ nhất của thân dao.
- HK - Chiều sâu rãnh chứa phoi, mm.
- d - Đường kính lỗ gá dao.
- t'1 - Kích thước rãnh then theo tiêu chuẩn, mm.
- L - Chiều dài tổng cộng của dao
- β - Góc nghiêng của rãnh dọc.
Dao phay lăn răng.
Hình 1.10. Dao phay lăn răng
- Dao phay lăn răng tiêu chuẩn modun từ 0,2,…,2,5
1.2.3. Tổng quan về máy phay lăn răng
- Máy phay lăn răng là loại máy chuyên dùng, nó được chế tạo để gia công bánh răng trụ răng thẳng, răng nghiêng…
- Việc cắt bánh răng được thực hiện bằng cách lăn bao hình giữa dao phay trục vít và phôi, gia công bằng phương pháp phay thuận hay phay nghịch với chạy dao thông thường hay chạy dao đường chéo.
- Hiện có rất nhiều loại máy phay lăn răng với kích thước và chủng loại khác nhau được sử dụng rộng rãi để có thể đáp ứng gia công được mọi bánh răng theo yêu cầu. Những máy này được thiết kế để có thể phay lăn răng mọi loại bánh răng từ những bánh răng đường kính nhỏ hơn 2mm cho đến những bánh răng đường kính hơn 10m(3/32 – 400 inch). Những bánh răng chữ V lớn thường được gia công trên những máy có hai trục dao.
- Khi chế tạo bánh răng bằng phương pháp phay lăn răng, có một số điểm cần lưu ý: khi kết thúc quá trình cắt cần một khoảng chừa để thoát dao, nếu không sẽ không thể cắt được vì dao bị kẹt.
- Phay lăn răng khá thuận lợi trong việc cắt những bánh răng có chiều rộng lớn hoặc những bánh răng liền trục dài. Những bánh răng làm việc với tốc độ cao như bánh răng tàu thủy hay bánh răng trong công nghiệp với vận tốc vòng từ 15 đến 100 m/s (3000 đến 20000 fpm) và đường kính lên đến 5 m (200 in) rất thường được cắt bằng phay lăn răng. Một vài bánh răng lớn với đường kính lên đến 10 m cũng được cắt bằng lăn răng (không phải là những bánh răng làm việc với tốc độ cao).
- Phay lăn răng có thể gia công bánh răng chỉ trong một lần cắt bằng cách gá đặt dao cắt hết chiều sâu cắt. Tuy nhiên để đạt đến độ chính xác cao nhất, thường người ta chia ra làm hai lần cắt là cắt thô và cắt tinh. Cắt thô là quá trình cắt phần lớn lượng dư trên phôi. Cắt tinh chỉ cắt một lượng nhỏ từ 0,25 đến 1 mm (0,01 - 0,04 in) chiều dày răng, tùy thuộc vào kích thước bánh răng.
- Hầu hết các loại máy phay lăn răng đều là máy phay lăn răng đứng, tức là loại máy mà phôi được đặt theo phương thẳng đứng. Những máy phay lăn răng ngang thường được sử dụng để cắt các bánh răng liền trục dài.
- Độ chính xác của bánh răng gia công trên máy phay lăn răng thường đạt từ cấp 7 - 8. Những yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác bánh răng gia công:
+ Độ chính xác, cứng vững của máy.
+ Độ chính xác chế tạo và gá đặt phôi.
+ Dao phải được gá đặt chính xác và đảm bảo kẹp chặt. Để tránh các sai số gia công trong quá trình cắt dao phay cần được định tâm chính xác khi gá đặt, không cho phép có những xây xát, bụi bẩn hoặc dầu mỡ thừa bám vào mặt đầu của dao hoặc của các vòng đệm. Trong trường hợp ngược lại, khi ta xiết chặt thì trục gá dao có thể biến dạng và dao có thể có độ lệch hướng kính. Phần đuôi trục gá dao và lỗ côn trong trục chính cũng được giữ sạch sẽ.
1.2.4.Tổng quan về máy phay lăn răng CNC.
Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã chế tạo thành công những chiếc máy phay lăn răng CNC (Phay lăn răng điều khiển theo chương trính số với sự hỗ trợ của máy tính). Những máy phay lăn răng CNC này có độ chính xác rất cao và được lập trình theo chương trính số vì thế có thể gia công những bánh răng có biên dạng phức tạp với nhiều modun khác nhau với độ chính xác rất cao.
Hình 1.13. Máy lăn răng CNC
Chương 2: CƠ SƠ LÝ THUYẾT VỀ BÁNH RĂNG
2.1. LÝ THUYẾT VỀ BÁNH RĂNG
2.1.1. Phân loại bánh răng.
v Bánh răng có thể chia thành các loại sau:
- Bánh răng trụ
+ Răng thẳng
+ Răng nghiêng
- Bánh răng côn
+ Răng thẳng
+ Răng xoắn
- Bánh vít
v Ngoài ra theo đặc tính công nghệ bánh răng còn được chia thành các loại sau:
- Bánh răng không có may ơ, có may ơ
- Bánh răng có lỗ trơn, lỗ then hoa
- Bánh răng bậc
- Bánh răng liền trục và rời trục
2.1.2. Độ chính xác của bánh răng.
- Tiêu chuẩn của bánh răng được chia làm 12 cấp chính xác. Chúng được ký hiệu bởi các con số từ 1, 2, 3…12 theo độ chính xác giảm dần. Thức tế người ta dùng cấp 3-11 đối với mỗi cấp chính xác còn có các tiêu chuẩn để đánh giá.
- Độ chính xác truyền động: nó được đánh giá bằng sai số góc quay của bánh răng sau một vòng quay. Sai số này xuất hiện là do sai số của hệ thống công nghệ, vì vậy nên lúc thiết kế ta cần phải xem xét đến độ chính xác của tổng thể hợp thành hệ thống công nghệ sao cho đạt yêu cầu.
- Độ ổn định khi làm việc: nó ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của bánh răng và độ ồn của bánh răng.
- Độ chính xác tiếp xúc: được đánh giá bằng vết tiếp xúc của profin răng theo chiều dài và chiều cao răng. Nếu gia công đảm bảo thì tiếp xúc tốt và làm việc lâu bền.
- Độ chính xác khe hở cạnh răng: được quy định bởi các khoảng cách tâm của hai bánh răng ăn khớp theo đây ta có các trường hợp:
+ Khe hở không có
+ Khe hở nhỏ
+ Khe hở trung bình
+ Khe hở lớn
- Kết luận: nói chung ta cần xét đến mọi sai số và độ chính xác của bánh răng từ đó ta đúc kết ra được nguyên nhân gây ra để làm tiền đề cho việc thiết kế được tối ưu hơn.
2.1.3. Vật liệu làm bánh răng.
- Việc chọn vật liệu làm bánh răng luôn phụ thuộc vào điều kiện làm việc của chúng. Bánh răng truyền lực lớn người ta thường chế tạo bằng các loại thép hợp kim Crôm (15Cr, 15CrA, 20Cr, 40Cr…Crôm-Niken) và Crôm-Vandi (40CrNi, 35CrMoA, 18CrMnTi..)
- Các loại bánh răng chịu tải trung bình và nhỏ thường được chế tạo bằng thép cacbon hay bằng gang. Để chế tạo bánh răng làm việc tránh ồn người ta dùng vật liệu là vải ép, da ép, cũng có thể chế tạo bánh răng bằng chất dẻo, độ bền kém nhưng có khả năng làm việc ở tốc độ cao và tránh ồn.
- Giới hạn đề tài nghiên cứu thử tải ở vật liệu gia công: nhựa, đồng thau, thép C45. Từng bước kiểm nghiệm nâng cao độ cứng vững, độ chính xác của máy, điều chỉnh giải thuật lập trình nhằm đạt độ chính xác gia công.
2.2. LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ GIA CÔNG BÁNH RĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHAY LĂN RĂNG.
2.2.1. 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.
- Dụng cụ cắt là dao phay lăn răng dạng trục vít thân khai. Quá trình gia công 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.
- Sự ăn khớp của dao phay lăn và bánh răng gia công phải đảm bảo cho bước răng của cặp ăn khớp ở mặt phẳng pháp tuyến tn=π.m góc ăn khớp của cả cặp trong mặt phẳng pháp tuyến α=200 tỷ lệ tốc độ gốc bằng tỉ số vòng quay của cả cặp và ngược với tỷ lệ số răng của chúng, nghĩa là: (1)
- Ở đây: - tốc độ góc, số vòng quay, số răng của dao.
- - tốc độ góc, số vòng quay, số răng của bánh răng.
2.2.2. Phay lăn răng thẳng.
- Khi quá trình phay được thực hiện thì dao sẽ quay nd vòng tương ứng với chi 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
- Tương ứng với chuyển động quay của dao và phôi thì đầu dao sẽ thực hiện chuyển động tịnh tiến đứng S1 để cắt hết chiều dày của bánh răng. Chuyển động tiến đứng S1 này nhanh hay chậm tùy thuộc vào tốc độ cắt của dao phay lăn. 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.
- Khi phay răng thẳng, do dao phay có dạng trục vít nên có góc nâng ren, vì 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.
- Với dao phay có số đầu mối zd cho trước, để gia công bánh răng thẳng có zc 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 động thông qua nhập số răng zc từ bàn phím.
v Sơ đồ bố trí dao khi gia công răng thẳng:
Hình 2.3. Gá dao nghiêng hướng phải
Hình 2.2. Gá dao nghiêng hướng trái
2.2.3. Phay lăn răng nghiêng.
- Khi phay bánh răng nghiêng thì nguyên lý cũng giống như bánh răng thẳng nhưng phải gá trục dao lệch đi một góc ω, v = b6a
vVới: β là góc nghiêng của bánh răng
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 2.5. Bánh răng nghiêng phải dao xoắn phải
Hình 2.4. Bánh răng nghiêng trái dao xoắn trái
- 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.
- Nếu không thiết kế bộ vi sai ta cũng có thể phay được bánh răng nghiêng, lúc đó ta tính lại bộ bánh răng thay thế cho phù hợp chọn phương pháp không vi sai để gia công bánh răng nghiêng.
2.2.4. Khả năng công nghệ của máy phay lăn răng.
- Gia công bánh răng trụ răng thẳng
- Gia công bánh răng trụ răng nghiêng
- Gia công được bánh vít
- Đối với máy thiết kế thì sẽ gia công được bánh răng thẳng và bánh răng nghiêng.
v Ưu nhược điểm của máy phay lăn răng
- Ưu điểm
Nhìn chung phương pháp phay lăn răng có rất nhiều ưu điểm như:
+ 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 modun lớn sẽ có ưu thế hơn các phương pháp khác.
- Nhược điểm
+ 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.
2.2.5. 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.
+ Phương pháp định hình (hay phân độ): bằng phương pháp này, chúng ta sẽ cắt từng rãnh răng, sau đó phân độ một góc 3600/Z cho đến rãnh răng cuối cùng bằng dụng cụ cắt có lưỡi dạng rãnh răng.
+ Phương pháp bao hình: với phương pháp này, dụng cụ được lăn tương đối 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.
v Có hai phương pháp bao hình: phay lăn răng và xọc răng
- Phay lăn răng là phương pháp gia công bánh răng được tiến hành dựa trên nguyên lý ăn khớp của bộ truyền trục vít - bánh vít, sự ăn dao của dao lăn răng là liên tục, tất cả các răng của bánh răng được gia công đồng thời nên máy không cần chuyển động đổi chiều phức tạp, cũng không cần các thiết bị phụ để chia độ như các máy phay vặn năng khác. Do đó thời gian phục vụ có liên quan được giảm đến mức tối thiểu.
- Sự ăn khớp của dao phay lăn răng và bánh răng gia công phải đảm bảo cho bước răng của cặp ăn khớp ở mặt phẳng pháp tuyến tn=π.m, góc ăn khớp trong mặt phẳng pháp tuyến α=200.
v 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.
- Chuyển động bao hình để phân độ bánh răng gia công do bàn máy thực hiện.
- Chuyển động tịnh tiến đứng của đầu mang để cắt hết chiều rộng bánh răng.
v Ngoài các chuyển động cơ bản trên, máy lăn răng còn có các chuyển động sau:
- Chuyển động vi sai phối hợp để gia công bánh răng nghiêng.
- Chuyển động tiến đứng hướng kính của bàn máy để phối hợp lấy chiều sâu cắt hay để gia công bánh vít bằng phương pháp tiến hướng kính.
- Chuyển động tiến dao nhanh lên xuống của đầu mang dao
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.
2.2.6. Tìm hiểu máy phay lăn răng GHO- 200
Hình 2.7: Bản vẻ tổng thể máy GHO-200
Hình 2.8: Hình ảnh đế máy GHO- 200
........................................
5.3 Thiết kế vỏ máy phay CNC
5.3.1 Đặc điểm, yêu cầu làm việc của vỏ máy phay cnc:
- Đủ cứng vững để che chắn cho những kết cấu bên trong.
- Có tính thẩm mỹ.
5.3.2 Phương pháp gia công
- Cắt laze hoặc dập sau đó chấn tạo hình
- Vật liệu : thép tấm CT3, dày 2 mm
- Sơn tĩnh điện
- Làm bóng bề mặt
- Dùng bulông ghép lại
5.3.2.Thiết kế tính toán chi tiết.
CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
6.1 Kết luận
vTừ khi bắt đầu nhận đề tài đến khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này thì nhóm đã trải qua quá trình nghiên cứu, tìm tòi và học hỏi được rất nhiều kiến thức về gia công bánh răng bằng công nghệ phay lăn răng.
vTìm hiểu được rất nhiều cơ cấu hay từ máy phay lăn răng cơ đến máy phay lăn răng CNC.
vKhi thiết kế luôn tìm hiểu thêm kiến thức về phương pháp gia công để làm sao khi thiết kế xong có thể gia công.
vCó thêm kiến thức về sử dụng phần mềm thiết kế 3D Inventor Profesional 2015, xuất bản vẽ, mô phỏng.
vTrong quá trình làm việc thì khó khăn lớn nhất nhóm gặp phải là phải tìm hiểu cơ cấu phức tạp của máy phay lăn CNC trong khi tài liệu về nghiên cứu máy là rất hạn chế, đa phần các tài liệu thiết kế là nhóm đều phải đi tìm catalog của các hãng chế tạo máy nước ngoài và đi tham quan thực tế máy có ở Việt Nam.
vNgoài ra vì khả năng ngoại ngữ hạn chế, nên có thể khi tìm kiếm tài liệu đã bỏ qua những nội dung quan trọng.
6.2 Kiến nghị
vVì lần đầu tiếp xúc với một đề tài lớn và còn nhiều hạn chế về kiến thức chuyên môn nên nhóm nghiên cứu không tránh khỏi thiếu sót. Nên kính mong các thầy trong hội đồng đóng góp ý kiến để từ đó nhóm nghiên cứu rút kinh nghiệm và có cái nhìn đúng hơn về đề tài nghiên cứu này.
vCuối cũng nhóm cũng xin một lần nữa gửi lời cảm ơn đến sư giúp đỡ về chuyên môn của các thầy hướng dẫn, các thầy trong hội đồng phản biện và các thầy cô trong khoa Cơ khí Chế tạo máy đã giúp đỡ để nhóm hoàn thành đề tài tốt nghiệp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Hồ Thế Ngọc Quang, Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ (2006): “Thiết kế thi công mô hình máy phay lăn răng CNC”, Trường Đại học SPKT TPHCM – người hướng dẫn: TS. Lê Hiếu Giang.
[2] Trần Việt Dũng, Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ (2010): “Nghiên cứu, thiết kế, mô phỏng máy phay lăn răng CNC”, Trường Đại học SPKT TPHCM – người hướng dẫn: TS. Lê Hiếu Giang.
[3] Đặng Văn Nghìn, Thái Thị Thu Hà,… Lê Hiếu Giang, Thiết Kế Tay Máy Gắp Sản Phẩm, Tạp chí Khoa Học Công Nghệ, Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2000.
[4] Lê Hiếu Giang, Đặng Minh Phụng, “Tính toán, đánh giá sai số và tốc độ của các giải thuật nội suy cho hệ điều khiển theo kỹ thuật xung chuẩn”, Tạp chí khoa học và công nghệ các trường đại học kỹ thuật, số 80, 2011.
[5] Hồ Viết Bình, Nguyễn Ngọc Đào, Trần Thế San: “Chế độ cắt gia công cơ khí”
[6] Nguyễn Đắc Lộc, Lê Văn Tiến, Ninh Đức Tốn, Trần Xuân Việt: “Sổ tay công nghệ chế tạo máy 1,2,3.”
[7] Biên dịch Võ Trần Khúc Nhã:” Cẩm nang cơ khí”.
[8] Trần Quốc Hùng:”Thiết kế máy cắt kim loại”.
[9] Trần Quốc Hùng:” Giáo trình dung sai kỹ thuật đo”.
