Trên cơ sở của công nghệ CAD/CAM và các biến đổi phép toán học, Bài viết đã trình bày phương pháp xây dựng mô hình toán học bề mặt bánh răng côn răng thẳng. Từ cơ sở đó việc thiết lập đường chạy dao, mô phỏng quá trình gia công bánh răng côn được hỗ trợ từ các phần mềm CAD/CAM/CNC.
HỘI NGHỊ KHOA HỌC TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HĨA (MEAE2021) Phương pháp gia cơng bánh côn thẳng kỹ thuật CAD/CAM/CNC Trần Đức Huân 1, Nguyễn Thanh Tùng1 *, Lê Thanh Tâm2, Nguyễn Văn Minh2, Nguyễn Văn Toại2 Khoa Cơ – Điện, Trường Đại học Mỏ - Địa Chất, Việt Nam Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng (Quatest 1) THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Quá trình: Nhận 15/04/2021 Chấp nhận 16/8/2021 Đăng online 19/12/2021 Từ khóa: Bánh cơng, CAD, CAM, CNC Trên sở công nghệ CAD/CAM biến đổi phép tốn học, Bài báo trình bày phương pháp xây dựng mơ hình tốn học bề mặt bánh răng thẳng Từ sở việc thiết lập đường chạy dao, mơ q trình gia cơng bánh côn hỗ trợ từ phần mềm CAD/CAM/CNC Kết thực nghiệm gia công bánh máy CNC cho thấy độ xác đạt cấp theo TCNV sai lệch biên dạng bước nằm giớ hạn cho phép tạo phôi bánh côn phương pháp dập thể tích, áp dụng gia cơng bánh Mở đầu Để gia công bánh phải đầu tư máy móc thiết bị chuyên dùng nên không sử dụng hết công suất gây láng phí, dẫn tới giá thành sản phẩm cao Do người ta đầu tư chúng để gia công bánh phổ biến, tức bánh có modul nhỏ trung bình Đối với bánh phi tiêu chuẩn, bánh lớn, bánh dùng thiết bị đặc biệt việc thiết kế, chế tạo gặp nhiều khó khăn thiết trang bị máy móc chuyên dùng thực tế đa phần phân xưởng trang bị máy CNC (Computer Numercial Control) Vấn đề làm để tận dụng máy CNC để đáp ứng yêu cầu chế tạo bánh Một số nghiên cứu đưa phương pháp khác gia công bánh côn máy CNC Nhóm tác giả [1] mơ gia cơng bánh máy tính, sau tiến hành gia công thực nghiệm máy phay CNC trục Nhóm tác giả Lê Cung, Bùi Minh Hiền [2] đưa phương pháp gia phương pháp thiết lập đường chạy dao gia công bánh máy phay CNC Nhóm tác giả Lê Cung, Lê Phước Hồng [3] đưa kết trình Trong nghiên cứu này, nhóm tác tập trung thiết lập mơ hình tốn học xây để xây dựng bề mặt bánh côn thẳng, từ tiến hành xây dựng đường chạy dao gia công máy phay CNC Đây bước quan trọng việc gia công máy bánh côn máy phay CNC Cơ sở phương pháp gia công bánh côn máy CNC 2.1 Xây dựng bề mặt bánh côn thẳng biên dạng thân khai Theo [4] cho đường thẳng lăn khơng trượt đường trịn R0 điểm M tạo đường thân khai (Hình 1) M' R0 O K x rx x x M Hình 4: Hệ tọa độ đường thân khai _ * Email: nguyenthanhtung@humg.edu.vn 136 HỘI NGHỊ KHOA HỌC TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HĨA (MEAE2021) Trong đó: invαx = tanαx – αx Phương trình đường thân khai hệ tọa độ cực, phương trình (1) rb rx = cos x = tg − = inv( ) x x x x R’ij ≤ R’jM ≤ R’ej với x max Chuyển hệ tọa độ o’x’y’z’ sang hệ tọa độ oxyz cách quay hệ tọa độ o’x’y’z’ quanh trục oy góc góc , sau tịnh tiến đoạn OO’ để đưa gốc O’ O Tọa độ điểm M hệ tọa độ oxyz : ( 1) Nếu cắt bánh tiết diện vng góc với đường giao tuyến thu đường thân khai Bánh thẳng có tiết diện thay đổi giảm dần từ mặt mút lớn đến mặt mút nhỏ, modul bánh thay đổi theo tiết diện bánh Ta cắt bánh theo mặt phụ lớn ta bánh trụ tương đương = x jM x' jM y jM = R y ( ).T (0,0, OO ' ). y ' jM z z' jM jM cos sin 1 0 = − sin cos 0 2 Z Để xây dựng phương trình bề mặt thân khai cho bánh cơn, ta xây dựng phương trình đường thân khai cho tiết diện j hệ tọa độ vng góc với đường răng, sau sử dụng phép quay tọa độ để đưa phương trình đưa phương trình hệ tọa độ bánh Xét hệ tọa độ o’x’y’z’ (Hình 2) y' Trong đó: OO' = y'M L z' b R0 x' M z' jM x'M x O MO M' R' ij Lj x R' ej M R' jM x jM cos sin 1 0 1 y jM = z − sin cos 0 jM x' TiÕt diÖn thø j O' R' ij x' jM R' ej cos sin OO' 0 − sin cos 0 x' jM . y ' jM z ' jM (5) 2.2 Xây dựng đường chạy dao cho bánh côn thẳng biên dạng thân khai Hình 5: Sơ đồ thiết lập bề mặt bánh Lấy điểm M đường thân khai, tọa độ điểm M hệ tọa độ o’x’y’z’ Nó xác định theo phương trình (2) x' jM = R' jM cos( x ) = R' jM cos(inv x ) y ' jM = R' jM sin( x ) = R' jM sin(inv x ) z ' jM = L − L j (4) Với Re bán kính vịng đỉnh bánh Để thiết lập phương trình cho biên dạng bên trái ta tiến hành quanh hệ tọa độ góc với Z số bánh cần thiết kế Phương trình bề mặt bên trái bánh xác định sau : M'' O' me ( Re − b sin ) cos + Re + (Re− b sin ) tan + b cos Z C x' jM . y ' jM (3) OO' z ' jM Khi gia công bánh thân khai, ta sử dụng đường chạy dao bám theo bề mặt thân khai, cho dao chạy theo biên dạng đường thân khai (Hình 3) ( 2) 137 HỘI NGHỊ KHOA HỌC TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA (MEAE2021) Để thiết lập phương trình cho biên dạng bên trái ta tiến hành quanh hệ tọa độ góc = 2 với Z số bánh cần thiết kế Z Phương trình đường chạy dao trái xác định sau: x jI cos sin y jI = z − sin cos jI Hình 6: Đường chạy dao 1 0 0 0 cos sin OO' 0 − sin cos 0 x' jI . y ' jI z ' jI (8) Bánh côn coi tương đương với bánh trụ có bánh kính chiều dài L [5] Ta chi bánh theo tiết diện vng góc với đường ta có bánh trụ thẳng tương đương có bán kính Ri = Li Chọn dụng cụ gia công bánh dao phay đầu cầu (ball mill) có đường kính Rdc để gia cơng bánh Phương trình chạy dao tiết diện thứ j hệ tọa độ o’x’y’z’ tiết diện j (Hình 4) 2.3 Mơ q trình gia cơng bánh côn thẳng x' jI = R' jM cos(inv x ) + Rdc sin x y ' jI = R' jM sin(inv x ) − Rdc cos x (6) Z ' jI = L − L j Bước 2: Chọn dụng cụ cắt , Nếu sử dụng phương pháp gia cơng máy CNC ta sử dụng dao phay đầu cầu ( Ball Mill) để gia công bánh Z Trong nghiên cứu này, phần mền MASTERCAM [6] để mơ q trình gia cơng bánh côn thẳng với thông số m = 10 số Z = 12 Q trình mơ phòng thực qua bước: Bước 1: Thiết lập phơi, đường kính phơi xác định dựa đường kính ngồi lớn bánh có tính đến lượng dư gia công Bước 3: Thiết lập đường chạy dao cho gia công thô bánh y' Bước 4: Chọn chế độ cắt dựa sở tính toán chế độ cắt máy cắt CNC x Lj M b z' jM Rdc y'I y'M x' TiÕt diÖn thø j z' Bước : Chọn thông số khác : mặt phẳng lùi dao, mặt phẳng cắt, chế độ bôi trơn, O M I x x O x'M R0 L M'' z' x' x'I O' Kết thảo luận R' ij x' jM R' ej Q trình mơ gia cơng thực bước mục 2.3 thu kết hình 5, Hình 7: Sơ đồ tính đường chạy dao Tọa độ điểm I hệ tọa độ oxyz, phương trình đường chạy dao x jI cos sin y jI = z − sin cos jI 1 0 0 0 x' jI . y ' jI ( 7) OO' z ' jI Tham số tính phương trình (4) 138 HỘI NGHỊ KHOA HỌC TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HĨA (MEAE2021) input NhËp täa ®é ®iĨm ®o TÝnh RM KiĨm tra ®iỊu kiƯn Ri