Bài tập lớn môn học thiết kế dụng cụ cắt

Bài tập lớn môn học thiết kế dụng cụ cắt

LỜI NÓI ĐẦU

Một quốc gia giàu mạnh, văn minh và công cộng luôn phải là một quốc gia có nền sản xuất công nghiệp phát triển với nhịp độ cao, trong đó phần lớn sản phẩm công nghiệp được tạo ra thông qua máy công cụ và các dụng cụ công nghiệp

Chất lượng các máy công cụ và các dụng cụ công nghiệp cụ thể là dụng cụ cắt kim loại ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng sản phẩm, năng suất, tính đa dạng, tính hợp thời đại, và trình độ kĩ thuật của một quốc gia Một trong những biện pháp hữu hiệu nhằm tăng năng suất chính là thiết kế

ra những dụng cụ gia công chi tiết có tính năng phù hợp với việc sản suất hàng loạt có độ bền bảo đảm, đồng thời với những dụng cụ như vậy khi gia công chi tiết sẽ đạt được độ đồng đều về chất lượng giữa các chi tiết gia công

Điển hình trong những dụng cụ như vậy chính là:

- Dao tiện định hình, dùng để gia công những chi tiết tròn xoay có hình dạng tương đối phức tạp chỉ bằng một lần tiến dao Như vậy, so với dao tiện thường thì loại dao này cho năng suất cao hơn hẳn, đồng thời lại có chất lượng ổn định và đồng nhất giữa các chi tiết gia công trong loạt sản phẩm

- Dao phay đĩa modul, đây là loại dụng cụ cắt răng được dựa trên nguyên lý chép hình của dụng cụ cắt

- Dao chuốt lỗ then hoa, đây là loại dụng cụ cắt gồm nhiều lưỡi cắt, khi gia công các lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt do đó tăng được năng suất cắt gọt Mặt khác, các lưỡi cắt trên dao chuốt có vị trí xác định nên khi gia công sẽ đảm bảo được độ đồng đều giữa các chi tiết gia công

Trong quyển thuyết minh này giới thiệu những tính toán thiết kế để có được ba loại dao trên, với việc gia công ba chi tiết cụ thể như trong đề bài cho

PHẦN I:THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH DẠNG LĂNG TRỤ

Yêu cầu: Tính toán và thiết kế dao tiện định hình dạng lăng trụ có điểm

cơ sở ngang tâm để gia công chi tiết có kích thước như hình vẽ, vật liệu chi tiết gia công bằng thép C30, vật liệu làm dụng cụ cắt bằng thép gió P18

1 Phân tích chọn dụng cụ gia công:

Dao tiện định hình thường có biên dạng phức tạp làm việc trong điều kiện cắt nặng nề, lực cắt lớn, áp lực lên lưỡi cắt lớn sinh ra nhiệt cắt lớn vì vậy ta nên chọn loại vật liệu làm dao có độ cứng lớn, độ bền nhiệt lớn, có độ bền cơ học và khả năng chịu mài mòn tốt

Chi tiết gia công là thép C30 cần gia công đạt cấp chính xác IT13 độ nhám cấp 6 ta chọn vật liệu dao tiện định hình la thép gió P18 làm vật liệu gia công chi tiết trên

Chi tiết có dạng mặt ngoài tròn xoay do đó ta chọn dụng cụ gia công là dao tiện định hình

Với loại chi tiết như trên do không có mặt cong vì vậy không dùng cung tròn thay thế

 Chọn loại dao định hình lăng trụ gá thẳng

điểm sau:

* Ưu điểm :

- Năng suất cắt cao do tổng chiều dài lưỡi cắt tham gia lớn

- Đảm bảo sự đồng nhất về hình dáng và độ chính xác kích thước của chi tiết gia công vì không phụ thuộc vào tay nghề người công nhân mà chủ yếu phụ thuộc vào kích thước biên dạng dao

- Tuổi thọ của dao tiện định hình lớn vì số lần mài lại cho phép lớn.Việc mài sắc dao đơn giản

* Nhược điểm :

- Dao tiện định hình giá thành đắt nên không dùng sản suất ở loạt nhỏ hoặc đơn chiếc

2 Chọn kích thước thân dao tiện định hình gá thẳng tại điểm cơ sở

ngang tâm:

Kích thước kết cấu dao tiện định hình được chọn theo chiều cao hình dáng lớn nhất của chi tiết, được xác định theo công thức sau:

16 2

22 54 2

min max max d  d   

Trong đó : dmax =56 mm (đường kính lớn nhất của chi tiết gia công)

dmin =22 mm ( đường kính nhỏ nhất của chi tiết gia công)

Tra bảng 3.2 (sách hướng dẫn tính toán thiết kế DCC-trường ĐHCNHN)

2 Chọn thông số hình học của dao tiện định hình dạng lăng trụ:

- Góc trước của dao tiện định hình phù hợp với vật liệu gia công Trị số góc trước được chọn theo bảng 2.4 sách thiết kế dụng cụ cắt trường ĐHCN Hà Nội Góc trước  =250

- Góc sau dao tiện định hình cắt với lớp phoi mỏng nên góc sau  được chọn lớn hơn so với dao tiện thường Với dao tiện lăng trụ chọn góc sau

0

0 15

10 



 Chọn góc sau  =150

3.Chọn chiều rộng của dao tiện định hình:

- Ngoài đoạn lưỡi cắt chính L0 để tạo ra biên dạng định hình chi tiết gia công, cần thiết kế thêm các đoạn lưỡi cắt phụ để vát mép, xén mặt đầu và chuẩn bị cắt đứt chi tiết ra khỏi phôi thanh

L p=Lq +a+b+c+b1(…)

- Góc của lưỡi xén mặt đầu  2=150

4.Tính hình dáng dao tiện định hình gá thẳng.

a Tính chiều cao hình dáng dao tiện định hình lăng trụ có điểm cơ sở ngang tâm:

Chọn vật liệu làm dao.

Theo đề ra vật liệu gia công là thép C30 có b  750N/m2

Vì vậy chọn:Vật liệu làm dao là Thép gió P18

Chọn điểm cơ sở:

5

1 2

3 4

- Điểm cơ sở là điểm có chuẩn gá đặt xa tâm nhất vì vậy chọn điểm cơ sở là điểm 1 trên hình vẽ

Ci Ti Bi

hi

A i

ri

r



 

 



N

N

Tính toán profile dao trong tiết diện N-N.

Xét điểm i bất kỳ trên profile chi tiết ta có điểm i’ tương ứng trên profile dao Gọi chiều cao profile của dao tại điểm i’ là h i ,theo hình vẽ có

Với =150; =250

hi = i.cos( + )

i = Ci- Bi = ri.cosi – r.cos

Ta có

Ai = ri.sini = r.sin

 sini = (r/ri)sin

 i = arcsin(r sin/ri.)

 i = ri.cos[arcsin(r sin/ri)] – r.cos

hi = {ri.cos[arcsin(r sin/ri)]– r.cos}.cos( + )

LẬP BẢNG TÍNH TOÁN PROFIN DAO

Tính toán chiều rộng lưỡi cắt.

Chiều rộng lưỡi cắt phụ a=4 mm

Chiều dài lưỡi cắt phần cắt đứt b=6 mm

Chiều rộng phần lưỡi cắt xén mặt đầu c=2 mm

Chiều dài tổng của dao : L=61+4+6+2=73 mm

Góc vát 0

1  45



Thiết kế dưỡng

Dưỡng đo dùng để kiểm tra dao sau khi chế tạo ,được chế tạo theo cấp chính xác7 với miền dung sai H, h Theo luật kích thước bao và bị bao

Dưỡng kiểm dùng để kiểm tra dưỡng đo , được chế tạo theo cấp chính xác 6 với miền dung sai Js , js Theo luập kích thước bao và bị bao

Vật liệu làm dưỡng : Thép lò xo 65

Độ cứng sau nhiệt luyện đạt 62 65 HRC

Độ nhám bề mặt làm việc Ra  0,63m Các bề mặt còn lại đạt Ra  1,25m

Kích thước danh nghĩa của dưỡng theo profile dao

5 Yêu cầu kĩ thuật :

Vật liệu gia công thép C30

Vật liệu làm dao : Thép gió P18

Vật liệu phần thân : Thép 45

Độ cứng phần cắt sau nhiệt luyện đạt HRC: 62-65

Độ bóng: Mặt trước Ra=0,32

Mặt sau Ra = 0,63 Mặt tựa trên thân dao thấp hơn 0,63 Sai lệch góc:

Sai lệch góc trước =250±1;góc sau =150±1

: Lớp LTCĐĐHCK2_K6

PHẦN II:

THIẾT KẾ DAO PHAY ĐĨA MÔĐUN

Yêu cầu: Tính toán và thiết kế dao phay đĩa mô đun để gia công bánh răng trụ răng thẳng có thông số: m=4, số răng Z=135 răng, góc ăn khớp = 20 0 , vật liệu làm dụng cụ cắt bằng thép gió P18, vật liệu chi tiết gia công bằng thép C30

1 Xác định các thông số hình học của bánh răng:

Trong bộ dao phay đĩa module 8 con, dao mang số hiệu N08 có thể gia công được bánh răng có số răng Z = 135 răng

Theo bài ra, ta cần thiết kế dao phay đĩa module để gia công bánh răng với các thông số như sau:

Số răng: Z = 135

Góc ăn khớp:  = 200

Bước răng: tp = .m = 3,14.4 = 12,56 mmsa

Chiều dầy răng: S = m./2 = 3,14.4/2 = 6,28 mm

Khe hë ch©n r¨ng : c = 0,25m = 1 (mm)

ChiÒu cao r¨ng : hc = m + 1,25m = 9(mm)

Bán kính vòng tròn chia: Rc = rl =

2

m.Z = 1352.4 = 270 mm Bán kính đỉnh răng: Ra =

2

2) m(Z 

= 4.(1352 2) =274 mm Bán kính chân răng: Rf =

2

2,5) -m(Z

= 4.(1352 2,5) =265 mm Bán kính vòng tròn cơ sở: R0=

2

m.Z cos =

2

20

4

135 COS 0 = 253,7 mm

: Lớp LTCĐĐHCK2_K6

2 Tính toán profile thân khai của lưỡi cắt

Sơ đồ tính toán:

C

o

o1 B

x

r

Ra RM Rc Ro

x max

x



 c =inv  c



inv M

 c

 



Rf

Y

Trong đó:

Ra: Bán kính đỉnh răng

RM: Bán kính tại điểm M(x,y)

Rc: Bán kính vòng tròn chia

R0: Bán kính vòng tròn cơ sở

Rf: Bán kính chân răng

Profile bao gồm hai 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 profile đoạn làm việc:

Nguyên lý tạo hình 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 profile lưỡi cắt chính là việc xác định toạ độ của tập hợp tất cả các điểm M trong hệ toạ độ đề các Oxy

: Lớp LTCĐĐHCK2_K6

r0: Bán kính vòng cơ sở.

rM: Bán kính véc tơ ứng với điểm M

M: Góc thân khai

M: Góc áp lực của đường thân khai

Xác định toạ độ

của điểm M

Theo sơ đồ tính

toán trên ta có:

xM = rM.sinM

= rMsin(0 + M)

yM = rM.cosM

= rMcos(0 + M)

Ta có

M = tgM - M

= invM

0 = c - inv0 = /2z - inv0 = /2z - tg0 + 0

= 180/(2.135) – ( tg200 -20) = 20,3

Tacó: CosM = r0/rM: arcsin( 1 2 )

2 0

M M

r

r





 

























































2 0 2

2

0 arcsin 1 1

arcsin

M M

M

r

r r

r Tg



) 1

arcsin 1

arcsin 2

2 0 2

2 0 0





























































M M

M

M

r

r r

r Tg

tg z r

) 1

arcsin 1

arcsin 2

2 0 2

2 0 0





























































M M

M

M

r

r r

r Tg

tg z r

Vậy ta cho RM biến thiên từ Rf đến Re thì sẽ vẽ được profin của răng

Ro=253,7

LẬP BẢNG TÍNH TOÁN

: Lớp LTCĐĐHCK2_K6





M

B A

0

7 268,5 19,11 7,2 268,4

2 Chọn các kích thước kết cấu dao:

Đường kính ngoài D = 80mm

Đường kính lỗ gá d = 27mm

Chiều rộng dao B = 11,5mm

Số răng của dao Z= 12

Lượng hớt lưng K = 3,5

Các thành phần khác:

t1=15,5; r1=0,5; t2=10,5; r=1,25; b=4,08±0,15; c=0,8; =250

4 Điều kiện kỹ thuật :

-Vật liệu làm dao : Thép gió P18;

-Độ cứng sau nhiệt luyện đạt 62-64HRC

-Độ đảo đường kính ngoài ≤ 0,03

-Độ đảo mặt đầu ≤ 0,03

-Sai lệch chiều dày răng ±0,025(mm)

-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

-Nhãn hiệu :

+Môđun m = 4

+Số hiệu dao : N08 P18 ĐHCNHN

PHẦN III THIẾT KẾ DAO CHUỐT LỖ THEN HOA

Yêu cầu: Thiết kế dao chuốt lỗ then hoa để gia công chi tiết có

d = 13mm, D = 16mm, b = 3,5mm.

1 Chọn sơ đồ cắt

: Lớp LTCĐĐHCK2_K6

Cần gia công chuốt lỗ then hoa nên phải chọn sơ đồ cắt là chuốt theo lớp

để bóc dần từng lớp vật liệu tại các rãnh then

2 Xác định lượng dư gia công

A = (Dmax – Dmin) / 2

A = (Dsđ – Dmin) / 2

Với Φ16H7 được Φ16±0,025 do đó Dmax = 16,03

A = (16,03 – 13) / 2 = 1,515 mm

Lượng nâng răng dao chuốt

Vật liệu gia công là thép C30

Chọn dao gia công là thép gió P18

Từ đó tra bảng ra lượng nâng Sz = 0,05 mm

3 Số răng dao chuốt

- Phần làm việc của dao chuốt có ba nhóm răng chính : Răng cắt thô, răng cắt tinh và răng sửa đúng ;

Trong đó:

+ Răng cắt tinh gồm có 3 răng có lượng nâng lần lượt là 0,8Sz, 0,6Sz,0,4Sz

+ Răng sửa đúng có lượng nâng không đổi

Theo bảng tra : Dao chuốt lỗ then hoa gồm có Zsđ = 5 răng

+ Răng cắt thô có lượng nâng không đổi, tính toán để cắt hết lượng dư Athô

Athô = A - Atinh

Trong đó: Atinh = (0,8 + 0,6 + 0,4)Sz = 0,09 mm

Nên Athô = 1,515 – 0,09 = 1,425 mm ;

Số răng cắt thô được tính theo:

1 29,5

0,05

1,425 1

Zthô     

z

thô

S

A

(răng) Chọn Zthô = 30 răng

( Cộng thêm 1 là vì răng cắt thô đầu tiên không có lượng nâng )

Do kết quả phép chia không chẵn nên ta phải ta phải làm tròn, sai số giữa lượng dư cần cắt và lượng dư cắt được của dao là:

q = (Athô cần - Athô thực) = (1,425 – 30.0,05) = 0,075mm < 0,2mm

Sai số này nằm trong giới hạn cho phép ta sẽ đưa lượng dư này vào răng cắt thứ 1

Vậy tổng số răng của dao chuốt sẽ là:

Z = Ztinh + Zthô + Zsđ

Z = 3 + 30+ 5 = 38 răng

4 Thông số hình học lưỡi cắt (chọn theo bảng )

Góc trước chọn theo vật liệu:   15 0

Góc sau: thô  3 0

: Lớp LTCĐĐHCK2_K6

0

1 

sđ



5 Kích thước của răng và rãnh chứa phoi

Răng dao có yêu cầu là phải đủ bền, rãnh chứa phoi phải đủ lớn để chứa hết phoi khi chuốt

Tiết diện rãnh chứa phoi được tính:

Fr = K.Ff

Với: K = 3 ( hệ số điền đầy rãnh, tra bảng theo vật liệu chi tiết)

Ff = L.Sz = 55.0,05 = 2,75 (mm2)

Fr = 2,75.3 = 8,25 (mm2)

Sử dụng lưỡi cắt lưng cong nhằm dễ cuốn phoi

Chiều cao rãnh: h ≥ 1,13 L.S z K = 1,13 55 0 , 05 3 = 3,25 (mm)

Chọn h = 3,5

Bước răng t = (2,5…2,8).h = (8,75…9,8) mm

Ta chọn theo tiêu chuẩn t = 12(mm)

Số răng đồng thời tham gia cắt sẽ là:

12

55 1 t

L

Zdt      (răng)

( Thỏa mãn điều kiện 3  Zdt  6) Chọn Zdt = 6 răng

6 Đường kính dao chuốt

Răng cắt thứ nhất: DC1 = dminCT + 2q = 13 + 2.0,075 = 13,15 mm

Đường kính răng tiếp theo sẽ la Dc2 = Dc1 + 2.Sz = 13,15 + 2.0,05 = 13,25 mm

Đường kính các răng tiếp theo được tính theo công thức có điều chỉnh lượng dư răng cắt thô thứ hai:

DCn = DC2 + 2(n- 1).Sz

Đường kính răng cắt tinh lấy theo lượng nâng 0,8Sz, 0,6Sz, 0,4Sz

: Lớp LTCĐĐHCK2_K6

Đường kính răng sửa đúng lấy bằng nhau

Dsđ = Dmax = 16 mm

Từ đó, ta có bảng kết quả đường kính răng dao chuốt :

1 Dc1 26,024 16 Dc16 27,824 31 Dc31 29,624 46 Dc46 31,424

2 Dc2 26,144 17 Dc17 27,944 32 Dc32 29,744 47 Dc47 31,544

3 Dc3 26,264 18 Dc18 28,064 33 Dc33 29,864 48 Dc48 31,664

4 Dc4 26,384 19 Dc19 28,184 34 Dc34 29,984 49 Dc49 31,784

5 Dc5 26,504 20 Dc20 28,304 35 Dc35 30,104 50 Dc50 31,904

6 Dc6 26,624 21 Dc21 28,424 36 Dc36 30,224 51 Dc51 32,024

7 Dc7 26,744 22 Dc22 28,544 37 Dc37 30,344 52 Dc52 32,144

8 Dc8 26,864 23 Dc23 28,664 38 Dc38 30,464 53 Dc53 32,264

9 Dc9 26,984 24 Dc24 28,784 39 Dc39 30,584 54 Dc54 32,384

10 Dc10 27,104 25 Dc25 28,904 40 Dc40 30,704 55 Dc55 32,384

11 Dc11 27,224 26 Dc26 29,024 41 Dc41 30,824 56 Dc56 32,384

12 Dc12 27,344 27 Dc27 29,144 42 Dc42 30,944 57 Dc57 32,384

13 Dc13 27,464 28 Dc28 29,264 43 Dc43 31,064 58 Dc58 32,384

14 Dc14 27,584 29 Dc29 29,384 44 Dc44 31,184 59 Dc59 32,384

15 Dc15 27,704 30 Dc30 29,504 45 Dc45 31,304

7 Đường kính phần định hướng

a.Đường kính phần định hướng trước D4

Đường kính phần định hướng trước D4 lấy bằng đường kính răng đầu tiên, với sai lệch đường kính D3 theo kiểu lắp ghép

D4 = Dc1 = 13,15 (mm) b.Đường kính phần định hướng sau D6

Đường kính phần định hướng sau của dao lấy bằng đường kính lỗ then hoa sau khi chuốt (bao gồm hai dường kính trong là D4 và ngoài là D6), với sai lệch đường kính theo kiểu lắp ghép

D6 = 16 mm;

8 Chiều dài dao chuốt

a Đầu dao : : Lớp LTCĐĐHCK2_K6

Với đường kính lỗ trước khi chuốt là 12(mm) ta chọn đầu dao theo tiêu chuẩn

D1 = 12 mm; D1’ = 8 mm; d = 4 mm; a1 = 10 mm

a2 = 0,5 mm; a3 = 25 mm; a = 16 mm; l1 = 70 mm;

b Chiều dài từ đầu dao đến răng cắt thứ nhất của dao:

L0 = Lx + Lh + Lm + Lb + L4

Với Lx = l1 = 70 mm, Chiều dài phần đầu dao lắp vào mâm cặp máy

Lh = 10 mm, Khe hở giữa mặt dầu mâm cặp và thành máy

Lm = 20 mm, Chiều dày thành máy

Lb = 10 mm, Chiều dày vành ngoài bạc tỳ

L4 = lct = 80 mm

L0 = 70 + 10 +20 + 10 + 80 = 190 (mm)

c Chiều dài phần cổ dao L2:

L2 = L0 – (Lx +L3 + L4 )

Với L3 = 0,5.D1 = 6 mm, chiều dài phần côn chuyển tiếp

L2 = 190 – (70 + 6 + 80) = 34 mm

d Chiều dài phần cắt L5

L5 = Lc + Lsđ

Lc = t.Zc, chiều dài phần răng cắt

Lsđ = tsđ.Zsđ, chiều dài phần sửa đúng

Do chọn bước răng giống nhau nên ta có:

L5 = t(Zthô + Ztinh) = 12.33 = 396 mm

e Chiều dài phần định hướng sau L6

L6 lấy theo bảng với chiều dài lỗ chuốt chọn L6 = 60mm

: Lớp LTCĐĐHCK2_K6