đồ án môn học thiết kế dụng cụ cắt thiết kế dụng cụ cắt công nghiệp

Vì vậy,việc tính toán thiết kế dụng cụ cắt phải tuân theo những quy trình cũng như yêu cầunhất định, và luôn là một nhiệm vụ không dễ dàng đặt ra với người kỹ sư.Trong đồ án môn học này

Trang 1

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG CƠ KHÍ

BỘ MÔN GIA CÔNG VẬT LIỆU VÀ DỤNG CỤ CÔNG NGHIỆP

Trang 2

LỜI MỞ ĐẦU

Trong nền cơ khí hiện đại nói chung, cũng như ngành cơ khí chế tạo máy nói riêng,việc thiết kế, chế tạo dụng cụ cắt đóng một vai trò rất quan trọng Dụng cụ cắt trựctiếp tham gia vào quá trình gia công cắt gọt, tạo nên chất lượng của sản phẩm Vì vậy,việc tính toán thiết kế dụng cụ cắt phải tuân theo những quy trình cũng như yêu cầunhất định, và luôn là một nhiệm vụ không dễ dàng đặt ra với người kỹ sư.

Trong đồ án môn học này em được làm quen với quy trình tính toán, thiết kế một sốdụng cụ cắt điển hình, đó là dao tiện định hình lăng trụ, dao phay lăn răng và daophay định hình hớt lưng Với sự giúp đỡ của bộ môn Gia công vật liệu và Dụng cụ

công nghiệp, đặc biệt là dưới sự hướng dẫn của thầy TS.Nguyễn Trọng Hải, em đã

hoàn thành việc thiết kế các dụng cụ cắt đã kể trên.

Lĩnh vực thiết kế dụng cụ cắt là một lĩnh vực khó, trong khi kiến thức của em cònthiếu sót rất nhiều, nên em rất mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô về những saisót mắc phải trong quá trình thực hiện tính toán và thiết kế.

Em xin chân thành cảm ơn thầy cô.Sinh viên

Đỗ Minh Hiếu

Trang 3

PHẦN 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH 4

I Phân 琀 ch chi 琀椀ếết gia công 5

e1.5 Điều kiện kỹ thuật của dao 12

PHẦẦN II: THIẾẾT KẾẾ DAO PHAY ĐĨA MODULE 14

3.1 Yêu cầu đề bài 14

3.2 Xác định các thông số hình học của dao 14

3.3 Thiết kế dao 15

3.3.1 Tính toán profile dao phay đĩa module 15

2.3.2 Chọn các kích thước kết cấu dao phay đĩa module 17

3.4 Điều kiện kỹ thuật của dao 17

3.5 Thiết kế dưỡng 18

2.3.6 B n vẽẽ kĩ thu tảậ 18

PHẦN III: THIẾT KẾ DAO CHUỐT 19

2.1 Yêu cầu đề bài 19

2.2 Sơ đồ chuốt 20

2.3 Vật liệu và cấu tạo dao chuốt 20

2.4 Thiết kế dao 21

2.4.1 Phần răng cắt và răng sửa đúng 21

2.4.2 Lượng dư gia công 21

2.4.3 Kết cấu răng và rãnh 22

2.4.4 Số răng và đường kính dao chuốt 24

2.4.5 Kiểm nghiệm bền dao chuốt 26

2.4.6 Phần đầu dao 27

2.4.7 Phần định hướng phía trước 28

2.4.8 Phần dẫn hướng phía sau 28

2.4.9 Chiều dài dao 28

2.4.10 Lỗ tâm 29

Trang 4

2.5 Điều kiện kỹ thuật của dao 29

TÀI LI U THAM KH OỆẢ 30

PHẦN 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH

Yêu cầu:

Tính toán và thiết kế dao tiện định hình để gia công chi tiết như hình vẽ:

Trang 5

I Phân tích chi tiết gia công

Chi tiết gia công làm từ thép 45, = 750 (N/mm ), có dạng mặt ngoài trụ tròn xoayb 2trên đó bao gồm các mặt trụ và các mặt côn Đây là một chi tiết có kết cấu cân đối.Trên chi tiết không có đoạn nào có góc profile quá nhỏ hoặc bằng 0 Do chi tiết cómặt côn nên khi gia công rất dễ xuất hiện sai số do lưỡi cắt không song song vớiđường tâm chi tiết Độ chính xác của chi tiết yêu cầu không cao.

II Chọn loại dao

• Vật liệu gia công là thép 40HX có = 60 (N/mm ) đây là vật liệu thuộc nhómb 2có độ cứng HB= 192 – 240, đây là loại vật liệu có độ cứng không cao.• Độ dài chi tiết gia công nhỏ, đường kính chi tiết nhỏ, chiều cao profin chi tiết

gia công nhở Bề mặt gia công chủ yếu là mặt trụ tròn và có 2 mặt côn và đểtránh sai số cho 2 mặt côn này người ta thường sử dụng cách gá nâng để đảmbảo cho profin chi tiết được chính xác, tuy nhiên yêu cầu cho phép sai số nên tacó thể sử dụng phương pháp gá thẳng để giảm độ phức tạp.

• Chọn loại dao là dao tiện định hình lăng trụ và phương pháp gá dao là gá thẳng.

III Chọn thông số hình học dụng cụ

Dựa vào vật liệu gia công là phôi thanh bằng thép 40HX có = 60 (kg/mm ), Gócb 2trước của dao là = 220

• Góc sau của dao là = 110

IV Chọn điểm cơ sở

Trang 6

Chọn điểm cơ sở là điểm nằm ngang tâm chi tiết đảm bảo chạy dao hướng kính (hướng vào tâm chi tiết) Ta thấy góc trước và góc sau tại các điểm khác nhau trên lưỡi cắt dao tiện định hình không bằng nhau Tại các điểm trên lưỡi cắt càng xa tâm chi tiết ( càng lớn) thì góc sau càng lớn, góc trước càng nhỏ Vì vậy để đảm bảo ri αiγigóc sau tại các điểm trên lưỡi cắt không quá nhỏ, điểm cơ sở thường được chọn trùngvới điểm của chi tiết có bán kính nhỏ nhất, điểm gần tâm chi tiết nhất.

Trang 7

V Tính toán dao tiện định hình lăng trụ gá thẳng

Xét điểm i bất kì trên profile chi tiết ta có điểm i’ tương ứng trên profile dao Gọi chiều cao profile lưỡi cắt trong tiết diện vuông góc với mặt sau: hdi Gọi chiều cao profile lưỡi cắt theo mặt trước : τ

Trang 8

Xây dựng công thức xác định profile dao trong tiết diện trùng với mặt trước (τ )i

Thiết lập hệ tọa độ (1lτ) với:

+ Trục l song song với đường tâm chi tiết

+ Trục τ vuông góc với l và nằm trong mặt trước của dao

Với mỗi điểm i trên chi tiết cho ta điểm i’ trên profile dao nên ta có tọa độ của i’là:

τi’ : Chiều cao profile dao tại điểm i’ trong tiết diện trùng mặt trước.Từ sơ đồ tính ta có:

b) Xây dựng công thức xác định profile dao trong tiết diện vuông góc với mặt sau (h )

Trang 9

Thiết lập hệ tọa độ (1lh) với:

+ Trục l song song với đường tâm chi tiết

+ Trục h vuông góc với l và vuông góc với mặt sau của dao

Với mỗi điểm i trên chi tiết cho ta điểm i’ trên profile dao nên ta có tọa độ của i’là:

hi’ : Chiều cao profile dao tại điểm i’ trong tiết diện vuông góc với mặt sau.Từ sơ đồ tính ta có:

Tại điểm 6, 7,1:

Ta có bảng tính toán profile dao như sau:Điểm ri (mm) A

(mm) γi sinγi Ci (mm) τi (mm) hi (mm)1 22,5

Trang 10

dmax , d : đường kính lớn nhất và nhỏ nhất của chi tiếtmin

Dựa vào chiều sâu cắt lớn nhất t = 12mm, tra bảng 3.2[1] ta được kích thướcmax

cơ bản của dao: (mm)

Chiều rộng toàn bộ dao :

L = L + b + g + f + c + d = 50 + 1 + 4+ 1 + 4 + 4 = 64 mmc

a) Profile dao trong tiết diện trùng với mặt trước

Trang 11

b) Profile dao trong tiết diện vuông góc với mặt sau

e1.5 Điều kiện kỹ thuật của dao

Vật liệu : Thép gió 40HXĐộ cứng sau nhiệt luyện : HRC=Độ nhám bề mặt :

- Mặt trước : R = 0,32 ma

- Mặt sau : R = 0,63 ma

- Mặt tựa thân dao: R = 0,63 ma

Sai lệch các góc :- Sai lệch góc trước : - Sai lệch góc sau :

Trang 12

- Sai lệch góc sắc :

Trang 13

PHẦN II: THIẾT KẾ DAO PHAY ĐĨA MODULE

Nhiệm vụ cơ bản của quá trình thiết kế dao phay đĩa môđun được tiến hànhtheo trình tự sau:

- Phân tích hình dạng, độ chính xác yêu cầu của chi tiết để chọn dao chophù hợp.

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

3.1 Yêu cầu đề bài

Thiết kế dao phay đĩa môđun theo bộ 8 con để gia công bộ bánh răng có yêu cầusau:

- Góc ăn khớp: - Module: m = 2- Số răng: Z = 21÷ 25- Lượng dịch chỉnh: - Vật liệu:

- Số hiệu dao: N = 40

3.2 Xác định các thông số hình học của dao

Trong bộ dao phay đĩa module 8 con,dao mang số hiệu 4 có thể gia công đượcbánh răng có số răng Z = 21÷ 25 răng Profile dao được tính toán theo số răng bé nhất(Z = 21) vì với dao này độ cong đường thân khai sẽ lớn nên với các bánh răng có Z >21 được gia công bằng bánh răng có Z = 21 sẽ có profile doãng hơn tạo điều kiện ravào ăn khớp dễ hơn (rãnh lớn ăn khớp không bị kẹt).

Ta cần thiết kế dao phay đĩa module để gia công bánh răng với các thông số sau:- Module: m = 2 mm

- Số răng: Z = 21- Góc ăn khớp:

- Bước răng: t = π.m = 3,14.2 = 6,28 mmp

- Chiều dày răng: - Bán kính vòng tròn lăn : - Bán kính đỉnh răng: - Bán kính chân răng: - Bán kính đường tròn cơ sở:

3.3 Thiết kế dao

3.3.1 Tính toán profile dao phay đĩa module

Để thiết kế được profile dao, ta lập hệ tọa độ vuông góc Oxy với tâm O trùngvới tâm của bánh răng thân khai Vì dao phay đĩa module có góc trước γ = 0 cho nênprofile được tính toán chính là profile trong tiết diện đi qua trục dao Giả sử có điểmM (x, y) bất kỳ nằm trên profle răng với bán kính r thì tọa độ (x, y) chính là phươngx

trình profile răng.

Trang 14

Hình 3.1: Sơ đồ tính toán profile bánh răng thân khaiTrong đó:

r0 – Bán kính vòng cơ sởrc – Bán kính vòng tròn chia

rx – Bán kính ứng với điểm M trên profileRc – Bán kính đỉnh răng

Ri – Bán kính chân răngProfile dao gồm 2 đoạn:

- Đoạn làm việc là đoạn thân khai CB

- Đoạn làm việc là đoạn cong chuyển tiếp thuộc khe hở chân răng BO 1

a) Profile dao trong đoạn làm việc:

Nguyên lý tạo hình đường thân khai: Cho một đường thẳng lăn không trượt trênmột đường tròn, quỹ đạo của một điểm M thuộc đường thẳng đó sẽ vẽ ra đường congthân khai Vậy để tạo ra hình lưỡi cắt thân khai ta cho điểm M chuyển động theophương trình đường thân khai trong khoang bán kính r ≤ r ≤ r Việc xác định profilef m a

lưỡi cắt chính là việc xác định tọa độ của tập hợp các điểm M trong hệ tọa độ đề cácOxy.

BA

Trang 15

α0 – Góc ăn khớp trên vòng tròn chia bánh răng tiêu chuẩn α = 200 0

Vậy ta cho r biến thiên từ r đến r thì sẽ vẽ được profile của răng Chia thànhM0e

16 điểm và tính toán theo công thức ta có bảng thông số các điểm như sau:STT RM xi yi ∆y= y - rif

Trang 16

Hình 3.3: Hình dáng profin trong tiết diện chiều trục

2.3.2 Chọn các kích thước kết cấu dao phay đĩa module

Với m = 2 ,Z =21 , kích thước kết cấu dao được chọn theo bảng 6.6 và 6.7 [1]được thể hiện trên bản vẽ chi tiết như sau:

- Đường kính ngoài: D = 60- Đường kính lỗ gá: d = 22+0,023

- Chiều rộng dao: B = 7- Số răng của dao: Z = 21- Lượng hớt lưng: K = 4- t = 24+0,28

+ Mặt trước,mặt lỗ gá dao và các mặt tựa không thấp hơn 0,32

Trang 17

+ Mặt hớt lưng của hình dáng răng không thấp hơn 0,63

Trang 18

Nhiệm vụ cơ bản của quá trình thiết kế dao chuốt được tiến hành theo trìnhtự sau:

- Phân tích hình dạng, độ chính xác yêu cầu của chi tiết để chọn kiểu daocho phù hợp.

- Chọn vật liệu làm dao.- Thiết kế kết cấu dao.

2.1 Yêu cầu đề bài

Thiết kế dao chuốt lỗ then hoa có thông số như sau:- Chiều dài lỗ chuốt: L = 62 mm

- Định tâm theo đường kính ngoài- Số răng: Z = 8

- Đường kính trong: d = 32 mm- Đường kính ngoài: D = 36 mm

- Lắp ghép theo yếu tố định tâm theo H7/f7- Cấp chính xác gia công cần đạt H7- Chiều rộng then: b = 6

Trang 19

Hình 2.2: Sơ đồ chuốt

2.3 Vật liệu và cấu tạo dao chuốt

Dao chuốt kéo thường được chế tạo từ hai loại vật liệu Phần cán dao được làmbằng thép kết cấu C45 Từ phần định hướng trở về sau được làm bằng thép gió P18.

Dao chuốt được chia thành 5 phần lớn Phần đầu dao gồm đầu kẹp, cổ dao, cônchuyển tiếp Phần răng dao gồm răng cắt thô, răng cắt tinh, răng sửa đúng Phần địnhhướng phía trước, phần định hướng phía sau và phần đỡ giúp tăng cứng vững của daokhi gia công.

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

Hình 2.3: Cấu tạo dao chuốt

2.4 Thiết kế dao

2.4.1 Phần răng cắt và răng sửa đúng

Ở dao chuốt, răng sau cao hơn răng trước 1 lượng S được gọi là lượng nângz

dao Lượng nâng thay cho bước tiến dao.

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

Với lỗ then hoa thường, vật liệu là thép cacbon 40X tra bảng 5.2[1], ta chọnđược lượng nâng của răng cắt thô S = 0,06 mm.z

Sau răng cắt thô là răng cắt tinh, số răng cắt tinh chọn là 3 răng với lượng nânglần lượt là:

2.4.2 Lượng dư gia công

Ta có lượng dư gia công được tính theo công thức:

Trang 20

Trong đó: D – Đường kính lớn nhất của lỗ sau khi chuốtmax

dmin – Đường kính lỗ trước khi gia côngTa có:

Với Ø36H8 tra bảng 1 trang 133[3] ta được D = Ø36,039 mmmax

dmin = 32 mm.mm

Lượng dư cho các răng cắt tinh và cắt thô được gọi là lượng dư tinh và lượng dưthô.

- Lượng dư tinh: A = 0,108 mmtinh

- Lượng dư thô: A = A – A = 2,0195 – 0,108 = 1,9115 mmthôtinh2.4.3 Kết cấu răng và rãnh

Kết cấu răng và rãnh là phần quan trọng của dao chuốt Răng và rãnh được thiếtkế sao cho dao đủ bền, răng đủ bền, đủ không gian chứa phoi, tuổi bền và tuổi thọcủa dao lớn và dễ chế tạo.

a) Profile dọc trục

Hình dạng răng và rãnh cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:- Thông số hình học của răng phải đảm bảo tuổi bền tối đa.- Răng dao phải đảm bảo được số lần mài lại tối đa.

- Răng phải đủ bền để không bị gãy trước tác dụng của momen uốn trong quátrình cắt.

- Rãnh giữa các răng phải có hình dạng và kích thước sao cho khi cắt ra phoi dễdàng theo mặt trước, cuốn xoắn đều và nằm gọn trong rãnh.

Với vật liêu gia công là thép 40X, được sử dụng rất phổ biến, được dùng chế tạocác chi tiết chịu tải trọng tĩnh và va đập tương đối cao mà bề mặt có thể bị mài mònnhư trục, bánh răng để có cơ tính cao cần nhiệt luyện (tôi+ram cao) Khi chuốt vậtliệu dẻo như chuốt thép thường tạo ra phoi dày Vì vậy rãnh được thiết kế có dạnglưng cong (có 2 cung tròn nối tiếp) để phoi dễ cuốn.

Hình 2.4: Dạng răng và rãnh trong tiết diện chiều trụcTrong đó:

t – Bước răngh – Chiều cao rãnhf – Cạnh viền

b – Chiều rộng lưng răngr, R – Bán kính rãnh

Trang 21

α – Góc sauγ – Góc trước

Xác định giá trị của các thông số:Răng cắt thô:

Bước răng t và chiều sâu rãnh được tính toán thiết kế sao cho đủ không gianchứa phoi, rãnh có diện tích là:

Trong đó:

L – Chiều dài của chi tiết.Sz – Lượng nâng răngTra bảng 5.4 – [1] ta được K = 3,5Như vậy: mm2

Ta có: mm

Lấy chiều rộng then theo tiêu chuẩn: h = 4

Các thông số khác được tính theo kinh nghiệm như sau:t = (2,5 ÷ 2,8).h = 10 ÷ 11,2 Chọn t = 10r = (0,5 ÷ 0,55).h = 2 ÷ 2,2 Chọn r = 2b = (0,3 ÷ 0,4).t = 3 ÷ 4 Chọn b = 3,5R = (0,65 ÷ 0,8).t = 6,5 ÷ 8 Chọn R = 8

Góc trước γ được chọn theo vật liệu gia công, tra bảng 5.5[1] được γ = 12°Góc sau của dao chuốt được chọn rất nhỏ để hạn chế hiện tượng giảm đườngkính sau mỗi lần mài lại Góc sau được chọn: α = 3o30’

Răng cắt tinh:

Trong đó:

Ta có: mm

Lấy chiều rộng then theo tiêu chuẩn: h = 3,5

Các thông số khác được tính theo kinh nghiệm như sau:t = (2,5 ÷ 2,8).h = 8,75 ÷ 9,8 Chọn t = 9

r = (0,5 ÷ 0,55).h = 1,75 ÷ 1,925 Chọn r = 1,8b = (0,3 ÷ 0,4).t = 2,7 ÷ 3,6 Chọn b = 3R = (0,65 ÷ 0,8).t = 5,58 ÷ 7,2 Chọn R = 7

Răng sửa đúng:

Trang 22

Trong đó:

Ta có: mm

Lấy chiều rộng then theo tiêu chuẩn: h = 2,5

Các thông số khác được tính theo kinh nghiệm như sau:t = (2,5 ÷ 2,8).h = 6,25 ÷ 7 Chọn t = 6

r = (0,5 ÷ 0,55).h = 1,25 ÷ 1,375 Chọn r = 1,3b = (0,3 ÷ 0,4).t = 1,8 ÷ 2,4 Chọn b = 2R = (0,65 ÷ 0,8).t = 3,9 ÷ 4,8 Chọn R = 4

b) Profile trong tiết diện vuông góc với trục

Để làm giảm ma sát giữa lưỡi cắt với thành lỗ then hoa người ta thiết kế cạnhviền f với góc nghiêng phụ (trị số f = 0,8 ÷1 mm, )

Để giảm ma sát trong quá trình cắt thì đường kính đáy trượt được chọn nhỏ hơnđường 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 đávới bán kính lượn r = 0,5mm có tâm nằm trên đường kính đáy trượt.

Hình 2.5: Mặt cắt ngang dao chuốt lỗ then hoaRăng dao chuốt

2.4.4 Số răng và đường kính dao chuốta) Số răng của dao chuốt

- Số răng cắt thô: Zthô

Ta có:

Gọi q=A -Sz.Z = 1,9115 – 0,06.31 =0,052 > 0,015