Bài giảng Thiết kế dụng cụ cắt: Chương 6 - Thiết kế dụng cụ gia công răng được biên soạn bởi PGS.TS. Bùi Ngọc Tuyên có nội dung chính trình bày về: Khái niệm bánh răng; Dao phay đĩa mô đun; Dao phay lăn răng; Dụng cụ gia công răng; Dao xọc răng. Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng dưới đây để nắm được nội dung chi tiết nhé!
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ Bộ môn Gia công vât liệu dụng cụ công nghiệp THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT Thuyết trình: PGS.TS Bùi Ngọc Tuyên CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CƠNG RĂNG §1 GIỚI THIỆU Khái niệm bánh Nguyên lý hình thành đường thân khai: Cho đường thẳng lăn khơng trượt vịng trịn ( O, ro ) quĩ đạo điểm M đường thẳng đường thân khai Phương trình đường thân khai rx = r0 cos x x = tgx - x = INV x Ở đây: rx – Bán kính véc tơ tai điểm x (bán kính cực) θx – Góc thân khai điểm x (góc cực) αx – Góc áp lực đường thân khai điểm x r0 – Bán kính vịng trịn sở đường thân khai CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CƠNG RĂNG Ngun lý hình thành mặt thân khai Mặt trụ thân khai hình thành cho đường thân khai mặt phẳng xoy chuyển động tịnh tiến với vận tốc dọc trục oz Mặt xoắn vít thân khai hình thành cho đường thân khai mặt phẳng xoy chuyển động xoắn vít dọc trục oz→ phối hợp đồng thời chuyển động tịnh tiến với vận tốc dọc trục oz quay xung quanh trục oz với vận tốc góc cho: = const = CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CÔNG RĂNG Các thông số bánh trụ thân khai m: Modun Z : số c : Góc ăn khớp (góc áp lực) vịng chia : hệ số dịch dao Các thông số dẫn xuất bánh trụ thân khai Các đường kính De , Di , Dc , D0 (Dc = mz; De = m.(z+2); Di = m.(z -2,5); D0 = mz.cos c Bước tc, chiều dày S; chiều rộng rãnh W (tc =πm; S = W = πm/2) Các chiều cao răng: h, h’, h” (h’ = m; h” = 1,25m; h = 2,25m) Các nguyên lý chế tạo bánh răng: Nguyên lý chép hình: Cắt theo nguyên lý chép hình cắt profile dụng cụ hình chiếu chép lại ngun hình profile rãnh bánh gia công Dụng cụ làm việc theo nguyên lý này: dao phay đĩa môdun, dao phay ngón mơdun, đá mài định hình, dao chuốt răng,… Nguyên lý bao hình: Cắt theo nguyên lý bao hình phương pháp cắt mà biên dạng bánh gia cơng hình thành nhờ đường bao vị trí liên tiếp lưỡi dao cắt dao Các dụng cụ làm việc theo nguyên lý có loại : dao phay lăn răng, dao xọc răng, dao bào , dao cà răng, đá mài theo nguyên lý bao hình, CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CƠNG RĂNG §2 DAO PHAY ĐĨA MÔ ĐUN I Giới thiệu Dao phay đĩa mơ dun DFĐH hớt lưng dặc biệt có góc trước khơng, profin tiết diện trùng mặt trước giống profin tiết diện chiều trục trùng với profin rãnh bánh gia công Các chuyển động: Dao phay lắp trục máy phay có chuyển động quay n (v/p) tạo tốc độ cắt V Phôi gá đầu phân độ đầu phân độ lap bàn máy có chuyển động: chuyển động dọc bánh để cắt hết chiều dày bánh răng; chuyển động thẳng đứng S1 để cắt hết chiều sâu rãnh Chuyển động phân độ: sau cắt hết rãnh răng, đầu phân độ quay góc 360 2 Z Z o Kết cấu dao phay đĩa môdun a Đáy rãnh thẳng b Đáy rãnh đường gấp khúc CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CÔNG RĂNG II Thiết kế dao phay đĩa modun Thiết kế dao phay đĩa modun → thiết kế profin rãnh bánh gia công theo số liệu ban đầu là: - Mô dun m - Số z - Góc ăn khớp αc - Hệ số dịch chỉnh: ξ =0 x = rx.sin δx y = rx.cos δx θx =inv αx rx = → αx = arcos r0 = δx = δ0 +θx δ0 = δc – θc = δc – inv αc δc = = = x = rx.sin ( – inv αc + inv αx) y = rx.cos ( – inv αc + inv αx) (*) CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CÔNG RĂNG Đối với bánh trụ dịch chỉnh: dùng công thức (*) thay δc = Sc : lượng mỏng chiều dày vòng chia - ξ αc + Sc Đối với bánh trụ nghiêng: dùng công thức (*) thiết kế profin dao, với m mô dun pháp tuyến, số sử dụng lấy theo ztđ: ztđ = Z: số bánh trụ nghiêng cần gia cơng β: góc nghiêng Chú ý: Theo (*) profin dao phay đia mô dun phụ thuộc m, z → lý thuyết để xác profin răng, với m z bánh cần dao phay đĩa mô dun với profin xác định → khơng khả thi số lượng dao phay đĩa mô đun lớn Thực tế: thiết kế chế tạo dao phay đĩa mô dun theo → mơ dun m có dao tương ứng gồm 15 dao đánh số hiệu Mỗi số hiệu dao phụ trách gia công số định thiết kế profin theo zmin nhóm VD: dao số con, gia cơng banh có z=21÷ 25, có profin thiết kế theo zmin =21 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CƠNG RĂNG §3 DAO PHAY LĂN RĂNG I Giới thiệu Bánh thân khai ăn khớp với răng/bánh răng/ trục vít → Thiết kế, chế tạo dụng cụ cắt theo nguyên lý bao hình:thanh dụng cụ (dao lược)/dao xọc răng/dao phay lăn 1) Nguyên lý thiết kế nguyên lý làm việc dao phay lăn s Dao phay lăn Dựa nguyên lý ăn khớp bánh (bánh vít) với trục vít Bánh gia cơng → Thiết kế dao phay lăn sở trục vít Dao phay lăn thiết kế trục vít có xẻ rãnh xoắn dọc trục cách tạo thành mặt trước rãnh thoát phoi, hớt lưng nd tao thành mặt sau với góc sau lưỡi cắt Qúa trình gia cơng bánh DPLR → trình ăn khớp cưỡng DPLR với phôi bánh tương tự q trình np ăn khớp trục vít & bánh vít Các chuyển động bản: 1- Chuyển động quay dao nd (v/ph) → tốc độ cắt v Hai chuyển động phụ thuộc vào v= (m/ph) 2- Chuyển động quay phôi np (v/ph) 3- Chuyển động chạy dao S (mm/ph) để gia công hết chiều dày bánh theo quan hệ động học: = (z: số bánh gia công, k:số đầu mối dao) CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CÔNG RĂNG II Các dạng mặt vít dùng thiết kế DFLR 1) Ngun lý hình thành mặt vít kẻ Hệ trục oxyz với trục oz đường tâm hình trụ sở bán kinh r0 Đường vít dẫn có góc nghiêng β với bước xoắn H = 2πr0 cotg β Đường thẳng AB tiếp xúc với hình trụ sở & tựa đường vít điểm N, hợp với trục oz góc ε Cho đường thẳng AB chuyển động xoắn vít dọc trục oz: - Chuyển động tịnh tiến dọc trục oz với vận tốc V - Chuyển động quay quanh trục oz với vận tốc cho: → đường thẳng AB quét không gian bề mặt xoắn vít kẻ có phương trình Véc tơ vị trí điểm M (NM = t) có thành phần tọa độ: x = r0 cos ϕ – tg cụ: - Bước răng: tn = td = π.m - Chiều cao răng: hn = hd = 2(f+c)m - Góc profin: αn = αd = αc ( hiệu chỉnh αn = αc – Δα) - Profin tiết diện dọc trục (AA) → cong; Các thơng số dược xác định từ thông số profin tiết diện pháp tuyến: t0 = Chế tạo trục vít Convoloit → tiện DTĐH có γ =0 với trục dao xoay góc ω để đường kéo dài lưỡi cắt thẳng tiếp xúc với hình trụ sở hợp với đường tâm góc β CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CÔNG RĂNG Trục vít Acsimet: Trục vít Acsimet có đặc điểm: - Profin tiết diện pháp tuyến (NN) → cong - Các thông số profin tiết diện pháp tuyến thông số khởi thủy dụng cụ: - Bước răng: tn = td = π.m - Chiều cao răng: hn = hd = 2(f+c)m - Góc profin: αn = αd = αc ( hiệu chỉnh αn = αc – Δα) - Profin tiết diện dọc trục (AA) → thẳng; Các thông số dược xác định từ thơng số profin tiết diện pháp tuyến: t0 = Chế tạo trục vít Acsimet → tiện DTĐH có γ =0, gá dao ngang tâm cho lưỡi cắt kéo dài cắt đương tâm phôi → SX nhỏ, đơn → phổ biến CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CƠNG RĂNG Thơng số tính tốn số dặc điểm kết cấu DPLR Đường kính trung bình tính tốn: dtbtt đường kính quy ước để tính tốn thiết kế DPLR - Để tính góc nâng τ đường vít trung bình, góc xoắn ω rãnh xoắn thoát phoi: ;ω=τ Khi mài lại theo mặt trước : de giảm xuống , dtb giảm xuống → để giảm sai khác kết cấu, dạng profin dao dao mài lại thiết kế người ta xác định góc τ theo dtbtt: dtbtt = de – 2(f+c) m – σk; (f = 1; c = 0,25; σ = 0,15 ÷ 0,3) Vai trị vịng gờ: chuẩn kiểm tra độ đảo hướng kính độ đảo mặt đầu Mặt trước mặt xoăn vit Helicoit: γ = 00 Mặt sau tập hợp đường hớt lưng xoắn vít Hớt lưng lần: K1 , K Cấp xác: cấp AAA, AA, A, B, C CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CÔNG RĂNG Các bước thiết kế dao phay lăn Thông số ban đầu→ thông số bánh gia cơng: modun m, góc ăn khớp α Thông số lựa chọn: Lựa chọn loại DFLR thiết kế → DFLR gia cơng tinh; Cấp xác → A Dao kết cấu nguyên khối, vật liệu chế tạo thép gió P18 Trục vít sở : trục vít Acsimet/ trục vít Convoloit Tính tốn thơng số kết cấu dao phay lăn răng: TT Thông số DFLR Ký hiệu Cơng thức tinh tốn Bước pháp tuyến tn tn =πmn m: modun, n: số đầu mối Chiều dày theo phương pháp tuyến Sn Sn = tn /2 Chiều cao đầu h1 h1 = (f +c)m Hệ số chiều cao đầu f=1 ; Hệ số khe hở chân c=0,25 Chiều cao chân h2 h2 = (f +c)m Chiều cao h h = h1 + h2 = 2,5m CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CƠNG RĂNG TT Thơng số DFLR Ký hiệu Cơng thức tinh tốn Trị số góc profin tiết diện pháp tuyến αn αn = α - Δα Tra bảng Δα theo ω Bán kính vê đầu r1 r1 = 0,25m Bán kính lượn chân r2 r1 = 0,3m Đường kính vịng trịn đỉnh dao De Tra tiêu chuẩn theo m 10 Số dao Z Z= ; Z làm tròn theo tiêu chuẩn cos𝜑 = 1-4,5 De 11 Lượng hớt lưng K D K = e tgαe ; K làm tròn theo tiêu chuẩn αe góc sau đỉnh thường chọn 100 12 Lượng hớt lưng lần (đối với dao có mài profin) K1 K1 = (1,2÷1,5)K 13 Đường kính trung bình tính tốn a) Đối với dao có mài profin b) Đối với dao không mài profin Dt Dt = De -2,5mf-0,5K Dt = De -2,5mf-0,2K CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CƠNG RĂNG TT Thơng số DFLR Ký hiệu Cơng thức tinh tốn 14 Góc nghiêng lý thuyết rãnh xoắn ω sin ω = 15 Bước rãnh xoắn lý thuyết T T= πDt cotgω 16 Bước rãnh xoắn thực tế r2 r1 = 0,3m 17 Bước chiều trục vít to to = 18 Chiều sâu rãnh xoắn phoi a) Ở DFLR khơng mài profin b) Ở DFLR có mài profin H Góc profin rãnh phoi η 19 Dt ω a) H = ℎ + 𝐾 + 0,5𝑚 b) H = ℎ + + 1÷2 𝑚𝑚 Chọn phụ thuộc vào số Z Z ≥ 12 → η =180 Z= ÷ 11 → η =220 Z = → η =250 η =300 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CÔNG RĂNG TT Thơng số DFLR Ký hiệu Cơng thức tinh tốn 20 Bán kính cung trịn đáy rãnh phoi rk (De− ) rk = ; 10z rk làm tròn đến 0,5 mm 21 Đường kính lỗ gá d d = De−2𝐻 -0,8m-7 (mm) d làm tròn theo tiêu chuẩn 22 Đường kính phần lỗ khơng lắp ghép d1 d1 = 1,05d 23 Đường kính phần gờ Dg Dg = De−2𝐻 – (1 ÷ 2) (mm) 24 Chiều dài phần gờ lg Lg =3,5 ÷ (mm) 25 Chiều dài phần làm việc dao L1 Xem thích bên 26 Chiều dài toàn dao L L = L1 +2Lg Chú thích: Chiều dài phần làm việc dao xác định sau: - Đối với dao phay lăn mịn giả thiết khơng điều chỉnh theo phương dọc trục L1 = h.cotg αn +πm - Đối với dao phay lăn mịn có điều chỉnh theo phương dọc trục → Trị số điều chỉnh phụ thuộc vào mơ đun lấy 2÷ mm Giá trị lớn lấy mô đun nhỏ CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CÔNG RĂNG §3 DAO XỌC RĂNG 3.1 Nguyên lý làm việc Bánh ăn khớp bánh → Thiết kế, chế tạo dao xọc có dạng bánh tạo mặt trước với góc trước γ, lưỡi cắt đỉnh tạo góc sau αe , lưỡi cắt bên tạo góc sau αb Dao xọc gia cơng bánh theo ngun lý bao hình có tâm tích dựa nguyên ý ăn khớp hai bánh Các chuyển động: Chuyển động cắt chuyển động tịnh tiến khứ hổi dọc trục n (HTK/ph) tạo tốc độ cắt V Chuyển động quay dao ω1 (v/ph) Chuyển động quay phôi ω2 (v/ph) ω z ω =z Chuyển động chạy dao hướng kính s1 dao để ăn hết chiều sâu rãnh Chuyển động nhường dao phôi → chuyển động tịnh tiến s2 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CÔNG RĂNG 3.2 Nguyên lý thiết kế Dao xọc xem tập hợp bánh phân tố ghép đồng trục với Các bánh có chiều dày Δ mỏng, có mơ đun m, số zd, góc ăn khớp αc có hệ số dịch chỉnh ξd khác nhau, giảm dần từ mặt đầu dao phía dao - Tại tiết diện I-I (tiết diện qua lưỡi cắt đỉnh): bánh phân tố có hệ số dịch chỉnh ξdmax >0 - Tại tiết diện II-II: hệ số dịch chỉnh ξd =0 → bánh phân tố ứng với bánh tiêu chuẩn ăn khớp khít với khởi thủy dụng cụ Tiết diện II-II gọi tiết diện khởi thủy, khoảng cách a từ tiết diện I-I đến tiết diện II-II gọi khoảng cách khởi thủy - Tại tiết diện III-III: bánh phân tố có ): bánh phân tố có hệ số dịch chỉnh ξd 00 → góc profin DXR khác góc ăn khớp BR gia cơng: αd ≠ αc → cần xác định αd =? - Hình chiếu lưỡi cắt xuống mặt γ >00 đường nét đứt, hinh chiếu lưỡi cắt (mặt đầu) γ =00 nét liền, đường thân khai - Khi tạo hình: profin chi tiết tạo bao hình đường nét đứt đường thân khai nên bị sai - Để tạo hình profin chi tiết đường hân khai → góc profin DXR phải hiệu chỉnh tg (1) tg (2) (3) (4) (5) → tg CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CƠNG RĂNG 3.5 Thơng số hình học dao xọc Mỗi DXR có lưỡi cắt: lưỡi cắt đỉnh lưỡi cắt bên Góc trước tiêu chuẩn lưỡi cắt đỉnh: γ =50 • Góc sau lưỡi cắt đỉnh : αe = 60 • Góc sau lưỡi cắt bên 𝑁 𝑏 (đo tiết diện pháp tuyến) không đổi điểm khác lưỡi 𝑁 cắt: 𝑒 𝑑 𝑏 • Góc trước lưỡi cắt bên γb (tại điểm A đo tiết diện chiều trục) γb = γ =50 • Góc trước lưỡi cắt bên 𝑁 𝑏 (đo tiết diện pháp tuyến) : Với: cosαdA = 𝑟0 𝑟𝐴 𝑁 𝑏 𝑏 𝑑𝐴 Khoảng cách khởi thủy : a = ξdmaxm.cotg αe ξ dmax xác định dựa vào chiều rộng cho phép nhỏ s’e nhỏ lưỡi cắt đỉnh ... 360 2 Z Z o Kết cấu dao phay đĩa môdun a Đáy rãnh thẳng b Đáy rãnh đường gấp khúc CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CÔNG RĂNG II Thiết kế dao phay đĩa modun Thiết kế dao phay đĩa modun → thiết. .. profin thiết kế theo zmin =21 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CƠNG RĂNG §3 DAO PHAY LĂN RĂNG I Giới thiệu Bánh thân khai ăn khớp với răng/bánh răng/ trục vít → Thiết kế, chế tạo dụng cụ cắt... phổ biến CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CÁC DỤNG CỤ GIA CÔNG RĂNG Thơng số tính tốn số dặc điểm kết cấu DPLR Đường kính trung bình tính tốn: dtbtt đường kính quy ước để tính tốn thiết kế DPLR - Để tính