đồ án môn học thiết kế dụng cụ công nghiệp đồ án thiết kế dụng cụ cắt thiết kế dao tiện định hình

Giảng viên hướng dẫn: GS Nguyễn Đức Toàn

Sinh viên thực hiện:

kế dao tiện định hình, dao phay đĩa module và dao chuốt lỗ then hoa chữ nhật Tuy nhiên, vì trình độ và khả năng có hạn nên chắc chắn không thể tránh những sai sót, rất mong nhận được những nhận xét và góp ý đến từ các thầy cô

Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn từ thầy, các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này!

Sinh viên thực hiện

Mục Lục

Phần I: THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH 4

1 Phân tích chi tiết 5

2 Thiết kế dao 6

3 Thông số kỹ thuật của dao 11

Phần II: THIẾT KẾ DAO PHAY ĐĨA MODULE 12

1 Yêu cầu đề bài 12

2 Xác định các thông số hình học của dao 12

3 Thiết kế dao 13

4 Điều kiện kĩ thuật 25

5 Nhãn hiệu 25

PHẦN III : DAO CHUỐT LỖ THEN HOA CHỮ NHẬT 28

1 Vật liệu làm dao chuốt : 28

2 Phần răng cắt và răng sửa đúng 28

3 Lượng dư gia công 28

4 Kết cấu răng và rãnh 29

5 Phần đầu dao 35

6 Phần định hướng phía trước 36

7 Phần dẫn hướng phía sau 37

8 Chiều dài dao chuốt 37

9 Lỗ tâm 37

10 Yêu cầu kĩ thuật của dao 38

Phần I: THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH

Nhiệm vụ cơ bản của quá trình thiết kế dao tiện định hình được tiến hành theo trình tự sau: - Phân tích hình dạng, độ chính xác yêu cầu của chi tiết để chọn kiểu dao cho phù hợp - Chọn loại dao và cỡ dao

- Chọn điểm cơ sở để tính toán chiều cao profile dao.- Thiết kế kết cấu dao

- Quy định về điều kiện kĩ thuật

ĐỀ BÀI: Thiết kế dao tiện định hình để gia công chi tiết như hình vẽ (dao có phần chuẩn bị cắt

- Chi tiết có biên dạng mặt tròn xoay trên đó bao gồm mặt côn, mặt trụ Do chi tiết có mặt côn nên khi gia công rất dễ mắc phải sai số do lưỡi cắt không song song với đường tâm chi tiết Song độ chính xác chi tiết yêu cầu không cao, mặt đầu chi tiết có độ chênh lệch đường kính không quá lớn.

- Đây là một chi tiết không phức tạp, chiều dài nhỏ, độ chênh lệch đường kính không quá lớn - Chiều sâu lớn nhất tmax=Dmax−Dmin

Trong đó : Dmax: đường kính lớn nhất khi tiệnDmin : đường kính nhỏ nhất khi tiện→ tmax=Dmax−Dmin

Như đã phân tích ở trên, chi tiết có mặt côn nên rất dễ mắc phải sai số do lưỡi cắt không song song với đường tâm chi tiết, chi tiết do sai số tạo ra không phải là bề mặt côn mà là mặt hypecboloit Trong trường hợp này để khác phục sai số này người ta dùng dao có đoạn cơ sở nằm ngang tâm chi tiết Mà độ chính xác của chi tiết yêu cầu không cao, hơn nữa chiều dài phần côn của chi tiết ngắn, nên ở đây ta chỉ cần dùng dao có điểm cơ sở nằm ngang chi tiết.

Dao tiện định hình có hai loại chính theo hình dáng đó là loại dao hình lăng trụ và dao tiện hình tròn, trong hai loại trên tôi chọn loại dao lăng trụ vì chúng có những ưu điểm sau:

- Được gá kẹp bằng rãnh mang cá có độ cứng cao.

- Dao lăng trụ chỉ gây ra sai số ∆1 còn dao hình tròn còn gây ra sai số gia công ∆2.

- Góc sau α có thể lựa chọn giá trị lớn vì điều kiện gia công cho phép.- Truyền nhiệt tốt, tuổi thọ cao, mài lại dao dễ.

=> Dựa vào những ưu điểm trên và chiều sâu lớn nhất của chi tiết t=4 mm nên tôi chọn dao tiện định hình hình lăng trụ.

1.2.Chọn cách gá dao

Để thuận tiện và đơn giản trong quá trình thiết kế cũng như chế tạo mà vẫn đảm bảo được yêucầu kỹ thuật trong khi gia công cũng như độ chính xác về kích thước và hình dáng hình học, chấtlượng của bề mặt gia công và tuổi thọ của dụng cụ cắt được đảm bảo.

Mà do yêu cầu độ chính xác không cao nên ta chọn phương án gá dao thẳng Mặc dù có suất hiện sai số nhưng ta chấp nhận sai số này.

2.Thiết kế dao2.1 Chọn điểm cơ sở

Nguyên tắc chọn điểm cơ sở: Để đảm bảo góc sau tại các điểm trên lưỡi cắt không quá nhỏ, điểm cở sở khi thiết kế dao tiện định hình thường được chọn trùng với điểm của chi tiết có bán kính nhỏ nhất, điểm gần tâm chi tiết nhất.

Điểm 1 có bán kính nhỏ nhất ( R4=11mm ;điểm 1 tươngứng Φ4¿ nên chọn điểm 1 làm điểm cơ sở.

2.2 Chọn góc sau α và góc trước γ

Vật liệu chi tiết làm bằng thép 40XH có σb=60 kg/mm2 Tra bảng 3.1 trang 16 ta chọn - Góc trước γ=20°

- Góc sau α=12°

2.3 Sơ đồ tính toán profin dao

Sơ đồ tính toán các thông số profin dao tại một điểm i bất kỳ trên lưỡi cắt được biểu diễn nhưsau:

Điểm 1 được chọn làm điểm cơ sở để xác định profin lưỡi cắt Qua điểm 1 trên hình chiếu đứng vẽ mặt trước T hợp với phương ngang một góc γ Mặt trước T cắt các vòng tròn có bán kính r1,r2,r3, tại các điểm 1’,2’,3’,… trên lưỡi cắt dao Các điểm 1’,2’,3’,… trên lưỡi cắt của dao gia công các còng tròn bán kinh r1, r2, r3,… ứng với các điểm 1, 2, 3, ….của profin chi tiết

Khoảng cách từ điểm 1 đến các điểm 2’,3’,… là τ_1, τ_2 , τ_3 , là chiều cao profin lưỡi cắt theo mặt trước.

Từ các điểm 2’,3’,4’,… trên lưỡi cắt dao ha các đoạn thẳng vuông góc với điểm 1 được các đoạn hd1, hh2, hd3,…Đó chính là chiều cao profin lưỡi cắt trong tiết diện vuông góc với mặt sau.

2.4 Tính toán chiều cao profin dao2.4.1 Xây dựng công thức tính toán

a Xây dựng công thức tính toán profin dao trong tiết diện trùng mặt trước:

Với điểm i bất kỳ ứng với bán kính ri ta có :

τi=ri.cos(arcsin arcsin(r1

rxsin sin γ))−r1 coscos γ

b Xây dựng công thức xác định profin dao trong tiết diện vuông góc với mặt sau :

hi'=τi' cosβ⇒hi'=τi' cos cos( α+γ)

Với điểm i bất kỳ ứng với bán kính ri ta có :

hi=⌈ ri cos cos(arcsin arcsin(r1

ri sin sin γ))−r1 coscos γ⌉ cos ⁡(α+γ)

2.4.2 Tính toán profin dao tại các điểm

Dựa vào công thức đã xây dựng ta tính được profin dao tại các điểm, kết quả tính thể hiện ở

Profin theo tiết diện trùng với mặt trước:

Profin theo tiết diện vuông góc với mặt sau:

2.4.3 Tính toán kích thước kết cấu của dao tiện định hình

Dựa vào bảng 3.2 ta có các kích thước cơ bản của dao như sau :

Cỡ tmax Phần cắt Phần kẹp

2.4.4 Tính toán chiều rộng lưỡi cắt

Phần phụ của profin dụng cụ cắt dùng để vát mép và chuẩn bị cho nguyên công cắt đứt, kích

- Độ cứng sau khi nhiệt luyện : Phần cắt HRC: 62 ÷65

- Độ bóng :

+ Mặt trước :Ra=0,32(μmm) + Mặt sau : Ra=0,63(μmm)

+ Mặt tựa trên thân dao thấp hơn : 0,63(μmm)

- Dung sai profin dao :± 0.005 mm

Nhiệm vụ cơ bản của quá trình thiết kế dao phay đĩa môđun được tiến hành theo trình tự sau:- Phân tích hình dạng, độ chính xác yêu cầu của chi tiết để chọn dao cho phù hợp.

- Tính toán hình dáng lưỡi cắt.- Tính toán profile đoạn làm việc.- Thiết kế kết cấu dao.

1.Yêu cầu đề bài

Thiết kế dao phay đĩa module để gia công bánh răng trụ răng thẳng - Góc ăn khớp:α=20 °

- Module: m = 4

- Vật liệu chi tiết : thép 40XH (σ𝑏=950N/𝑚𝑚2)

- Số hiệu dao: N0 = 5

2 Xác định các thông số hình học của dao

Trong bộ dao phay đĩa module 8 con, dao mang số hiệu N0 = 5 có thể gia công được bánh răng có số răng Z=26 ÷ 34 răng Profile dao được tính toán theo số răng bé nhất (Z = 26) vì với dao này độ cong đường thân khai sẽ lớn nên với các bánh răng có Z > 26 được gia công bằng bánh răng có Z = 26 sẽ có profile doãng hơn tạo điều kiện ra vào ăn khớp dễ hơn (rãnh lớn ăn khớp không bị kẹt).

- Tính toán hình dáng lưỡi cắt

Profin của dao phay đĩa modul trong tiết diện chiều dài trục cũng là profin theo mặt trước vàtrùng khít với profin trắc diện của bánh răng.

3.1 Tính toán profile dao phay đĩa modul

Để thiết kế được profil dao, ta lập hệ tọa độ vuông góc Oxy với tâm O trùng với tâm của bánh răng thân khai Vì dao phay đĩa modul có góc trước γ=0 cho nên profil được tính toán chính là profile trong tiết diện đi qua trục dao Gỉa sử có điểm M(x,y) bất kì nằm trên profin răng với bán kính Rx thì tọa độ x,y chính là phương trình profin răng.

Sơ đồ tính toán profil bánh răng thân khai

Profin bao gồm 2 đoạn :

+ Đoạn làm việc là đoạn thân khai CB

+ Đoạn không làm việc là đoạn cong chuyển tiếp thuộc khe hở chân răng BO1

a,Tính toán profin đoạn làm việc:

Nguyên lý tạo hình đường thân khai :

Đường thân khai của đường tròn Trong đó:

ro : bán kính vòng tròn cơ sở rm : bán kính vecto ứng với điểm M

θm : góc thân khai

αm : góc áp lực của đường thân khai

Nguyên lý : Cho một đường thẳng lăn không trượt trên một đường tròn thì quỹ đạo của điểm M thuộc

đường thẳng đó sẽ vẽ ra đường cong thân khai

Vậy để tạo hình lưỡi cắt thân khai ta cho điểm M chuyển động theo phương trình đường thân khai trong khoảng bán kính Rf≤ rm≤ Ra Việc xác định profin lưỡi cắt chính là việc xác định tọa độ của tập hợp các điểm M trong hệ tọa độ đề các Oxy

Đặt hệ XOY mà gốc O trùng với tâm bánh răng Tại một điểm M(x,y) bất kì nằm trên profin với bán kính

αo: góc ăn khớp trên vòng chia bánh răng tiêu chuẩn αo=20 ° = π9

Vậy ta cho rM biến thiên từ r0 đến re thì sẽ vẽ được profile của răng Chia thành 16 điểm và tính toán theocông thức ta có bảng thông số các điểm như sau:

Hình 2.3 Hình dáng profil trong tiết diện chiều trục

3.2 Chọn các kích thước kết cấu dao phay đĩa modul

Với m=4, z = 26 kích thước kết cấu dao chọn theo bảng 6.6 và 6.7 được thể hiện cụ thể trên bản vẽ chi tiết

- Độ bóng : +, Mặt trước,mặt lỗ gá dao và các mặt tựa không thấp hơn 0,32 +, Mặt hớt lưng của hình dáng răng không thấp hơn 0,64

5.Nhãn hiệu

- Môđun: m = 4

- Số hiệu dao :N05 P18 ĐHBK-HN - Vật liệu làm dao : thép 18

PHẦN III : DAO CHUỐT LỖ THEN HOA CHỮ NHẬT

Theo yêu cầu ta cần thiết kế dao chuốt lỗ then hoa chữ nhật có các thông số kĩ thuật sau :

- Vật liệu chi tiết : thép 40X có σb=650 (N/mm2)

1.Vật liệu làm dao chuốt :

Dao chuốt được chế tạo từ 2 loại vật liệu, phần đầu dao (phần cán ) được làm từ thép kết cấu C45, phần phía sau ( từ phần định hướng phía trước trở về sau ) làm bằng thép gió P18

2 Phần răng cắt và răng sửa đúng

Phần răng cắt là phần quan trọng nhất của dao chuốt, nó được thiết kế trước để làm cơ sở cho các phần khác Thiết kế phần răng gồm xác định dạng profile răng, kích thước răng, số lượng mỗi răng, đường kính các răng,…

- Trên phần răng cắt thô các răng có lượng nâng bằng nhau, trên phần cắt tinh của răng giảm dần, trên phần răng sửa đúng các răng có lương nâng bằng 0.

- Trị số lượng nâng của răng cắt thô phụ thuộc vào dạng lỗ gia công và vật liệu gia công theo bảng 5.2, vật

Sau răng cắt tinh cuối cùng là răng sửa đúng, đường kính của các răng sửa đúng bằng đường kính của răng cắt tinh cuối cùng, lượng nâng bằng 0.

3 Lượng dư gia công

Lượng dư gia công theo đường kính:

A = ( Dmax- dmin) / 2 Trong đó:

- Dmax là đường kính của răng sửa đúng, cũng chính là đường kính lớn nhất của lỗ sau khi chuốt kể cả sai lệch trên của lỗ Với ∅ 38 H 8 tra sách “dung sai lắp ghép và kĩ thuật đo lường ’’ ta được ∅ 38+0,033 do đó Dmax

Vật liệu cần chuốt là vật liệu cho phoi dây (thép 45) nên ta chọn dao chuốt là dao có dạng lựng cong dạng rãnh có hai cung tròn nối tiếp để phoi dễ cuốn.

Dạng răng và rãnh được được đặc trưng bằng các thông số sau:

Với K là hệ số lấp đầy rãnh: Chọn K=3,5 theo bảng 5.4 L,Sz là chiều dài chi tiết và lượng nâng của răng

Chiều sâu rãnh được thiết kế đủ để thoát phoi, diện tích của rãnh là : Diện tích của dải phôi cuốn nằm trong rãnh sẽ là:

FR = K.Sz.L (mm2) Với K là hệ số lấp đầy rãnh: Chọn K=3,5 theo bảng 5.4/T82 L, Sz là chiều dài chi tiết và lượng nâng của răng

Góc sau α phải chọn rất nhỏ để hạn chế hiện tượng giảm đường kính dao chuốt sau mỗi lần mài lại Góc

Chiều sâu rãnh được thiết kế đủ để thoát phoi, diện tích của rãnh là: Diện tích của dải phôi cuốn nằm trong rãnh sẽ là:

FR = K.Sz.L (mm2) Với K là hệ số lấp đầy rãnh: Chọn K=3,5 theo bảng 5.4/T82 L,Sz là chiều dài chi tiết và lượng nâng của răng

Hình 3: Răng sửa đúng

b.Profin mặt đầu

Để làm giảm ma sát giữa lưỡi cắt với thành lỗ then hoa người ta thiết kế cạnh viền f với góc nghiêng phụ ϕ1 (trị số f = 0,8 mm, φ1=2o)

Để giảm ma sát trong quá trình cắt thì đường kính đáy trượt được chọn nhỏ hơn đường kính phần định hướng phía trước 1mm.

Để thoát đá khi mài cạnh viền f của lưỡi cắt phụ thì chân răng có rãnh thoát đá với bán kính lượn r = 0,25mm có tâm nằm trên đường kính đáy trượt.

B=6

c, Số răng dao chuốt

Số răng cắt thô được tính theo công thức

Zthô = ⌊A− Atinh

SZ⌋ + 1 = ⌊2,0165−0,09

0,05 ⌋ + 1 = 39

Lượng dư cắt thô còn lại q= 0,53.0,05=0,0265 > 0,015 => ta lấy thêm một răng cắt thô nữa khi đó tổng số răng cắt thô của dao chuốt là Zthô=39+1 = 40 (răng )

Số răng cắt tinh: số răng cắt tinh được lấy trong khoảng từ 2÷ 5 răng, ta chọn Ztinh = 3 răng Số răng sửa đúng: tra theo bảng 5.8/T86 , chuốt lỗ len hoa ta chọn được số răng Zsd = 5 răng.

d, Số răng cùng cắt lớn nhất

Số răng cùng cắt được tính:

Zmax = Lt + 1 = 529 + 1 = 7 (răng)

(với L,t là chiều dài chi tiết và bước răng dao chuốt)

Để định hướng tốt và không quá tải thì số răng đồng thời tham gia cắt nằm trong khoảng từ 3÷8 răng, trừ một số trường hợp đặc biệt cho phép 2÷9 răng Như vậy, số răng đồng thời tham gia cắt thỏa mãn yêu cầu trên.

e, Đường kính các răng dao chuốt

Số răng cắt của dao:

ZC = Zthô + Ztinh + Zsửa đúng= 40 + 3 + 5 = 48 (răng) ❖ Đường kính của răng cắt thô:

Dtinh2 = Dtinh1+ 2.Sztinh 2

Dtinh3 = Dtinh2+ 2.Sztinh 3

❖ Với răng sửa đúng:

Đường kính các răng không đổi và có giá trị bằng đường kính răng cắt tinh cuối cùng

Vậy ta có bảng tính sau

Loại răngSTT răngĐường

Mỗi răng cắt của dao chịu 2 lực thành phần tác dụng Thành phần hướng kính Py hướng vào tâm dao, do tính đối xứng nên tổng hợp các lực Py của các răng sẽ triệt tiêu, thành phần dọc trục Pz song song với trục chi tiết Tổng hợp các lực chiều trục Pz sẽ là lực chiều trục P tác dụng lên tâm dao.

Lực cắt Pz tác dụng lên mỗi răng có thể làm mẻ răng Song trường hợp này ít xảy ra Lực tổng hợp P dễ làm dao đứt ở tiết diện đáy răng đầu tiên Điều kiện bền kéo xác định ở mặt cắt đáy răng đầu

Pmax – lực kéo lớn nhất tác dụng lên dao chuốt: Với dao chuốt lỗ then hoa: Pmax=Cp.Szx.b.n.Zmax.K.Kn.Km

Với các hệ số:

Cp – hằng số phụ thuộc vào hình dáng của dao chuốt, vật liệu của chi tiết gia công Với vật liệu là thép 45 ta tra bảng (5.9) ta có Cp = 2120 N/mm x=0,85

] của thép P18 là 350 N /mm2 do đó thỏa mãn độ bền kéo Vậy dao thỏa mãn điều kiện bền.

5 Phần đầu dao

Phần đầu dao bao gồm đầu kẹp, cổ dao, côn chuyển tiếp.

a.Phần đầu kẹp

Phần đầu kẹp được tiêu chuẩn hóa, để chọn được kích thước hợp lý, phần đầu kẹp được xác định theo điều kiện bền kéo:

D1 D’1 dfaa1 a2 a3 l1 f1 f2 D7 e7

Bảng 2 1 Kích thước dầu dao

Hình 1 Sơ đồ kích thước đầu dao

b.Phần cổ dao và côn chuyển tiếp

Phần cổ dao dùng để nối dài dao cho thuận lợi khi chuốt Đường kính cổ: Lb: chiều dài thành máy; Lb= (10 ÷15)mm; chọn Lb= 15 mm L3: chiều dài côn chuyển tiếp; L3= 0,5.D1 = 0,5.32= 16 mm.

⇒L2 = (10 + 20 +13) – 16 = 28 mm.

6 Phần định hướng phía trước

L4 = (0,8 ÷ 1) × Lct = (0,8 ÷ 1) × 52 = (41,6 ÷ 52) Đk: L4 ≥ 40 mm ( TM ) ta chọn L4 = 45 mm

Đường kính D4 lấy bằng đường kính lỗ trước khi chuốt, D4 = 34 mm Độ chính xác e8

7 Phần dẫn hướng phía sau

Đường kính phần dẫn hướng phía sau D7 lấy bằng đường kính răng sửa đúng

Chiều dài phần răng cắt: L5 = Zthô.t1 + Ztinh.t2 = 40.9 + 3.7,5 = 382,5 (mm) Chiều dài phần răng sửa đúng: L6 = Zsd.t3 = 5.6,5 = 32,5 (mm)

⇒L = 80 + 30 + 18 + 45 + 382,5 + 32,5 + 30 = 628 mm Chiều dài dao phay lỗ then hoa đảm bảo độ bền là : [Lo]≤ 30.Dmax = 30.38 = 1140 (mm) => Thỏa mãn

9 Lỗ tâm

Lỗ tâm dùng trong khi chế tạo dao,dùng khi mài sắc lại, lỗ tâm có thêm mặt côn bảo vệ 1200 để giữ cho mặt côn làm việc 600 không bị xây xát Tra bảng 5.14 ta có kích thước lỗ tâm.

Đường kính đầu dao

Hình 7: Lỗ tâm

10 Yêu cầu kĩ thuật của dao

- Vật liệu phần cắt: thép gió P18 - Vật liệu phần đầu dao: Thép CT 45 - Độ cứng sau khi nhiệt luyện:

✔ Phần cắt và phần định hướng phía sau HRC 58÷60 ✔ Phần định hướng phía trước HRC 58÷60

✔ Phần đầu dao HRC 40÷47

- Mối hàn nằm trên phần côn chuyển tiếp - Độ nhám:

✔ Cạnh viền sửa đúng: Ra=0,32µm

✔ Mặt trước, mặt sau răng, mặt dẫn hướng Ra=0,63µm ✔ Các mặt không mài Ra=2,5µm

- Độ đảo tâm trên 100mm chiều dài là: 0,005mm - Sai lệch chiều dài: ± 2mm

- Độ sai lệch góc cho phép không vượt quá: ✔ Góc trước ±10.

✔ Góc sau răng cắt thô và răng cắt tinh ±30’ ✔ Góc sau răng sửa đúng ±15’.

- Sai lệch đường kính các răng cắt (trừ 2 răng cắt tinh cuối cùng): -0,13 - Sai lệch đường kính răng sửa đúng và 2 răng cắt tinh cuối cùng: -0,045 - Sai lệch chiều dày răng không được vượt quá: 0,01mm

- Dung sai chiều dày răng sửa đúng không được vượt quá trị số 0,006mm (rãnh có cấp chính xác H8)