Thiết kế và lập trình công nghệ chế tạo máy dao phay lăn răng module m=4mm

- Dao phay lăn răng dùng để cắt bánh răng hình trụ có m=4(mm) ;  0=200; f=1 cấp chính xác B. - Dạng sản xuất hàng loạt nhỏ - Điều kiện thiết bị : các thiêt bị nhà máy Dụng cụ cắt số 1và một số nhà máy cơ khí ở Việt Nam.

Tr êng §HB K H µ N«i § å ¸n t èt nghi Öp

-NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Đinh Thị Phương

: Lương Thị Ngọc Quyên: Phạm Tiến ThànhLớp : CTM_KII _Z113Chuyên ngành : Chế tạo máy

1.Đề tài thiết kế :

Thiết kế và lập trình công nghệ chế tạo máy dao phay lăn răng module m=4mm

2.Số liệu ban đầu:

- Dao phay lăn răng dùng để cắt bánh răng hình trụ có m=4(mm) ;  0=200;

- Dạng sản xuất hàng loạt nhỏ

- Điều kiện thiết bị : các thiêt bị nhà máy Dụng cụ cắt số 1và một số nhàmáy cơ khí ở Việt Nam

3.Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Trình bày đặc tính cơ bản của bánh r ăng thân khai

- Trình bày nguyên lý gia công bánh răng bằng phương pháp

bao hình của dao phay lăn răng

- Thuyết minh phần tính toán thiết kế dao

- Thuyết minh phần lập trình công nghệ, chế độ cắt, lượng dư

- Thuyết minh phần thiết kế đồ gá

- Thuyết minh phần điều chỉnh dao tiện hớt lưng

- Thuyết minh phần tính toán điều chỉnh đá mài để mài sắc và hớt lưng dao phay lăn răng

- Thuyết minh phần tính toán sai số khi mài mặt trước dao phay lăn răng

Tuyên Quang ngày … tháng… năm 2006

Giáo viên hướng dẫnTrịnh Minh Tứ

§inh.T.Ph¬ng_L¬ng.N.Quyª n

Ph¹m.T.Thµnh

Líp CTM K2 -Z113

2

Tr êng §HB K H µ N«i § å ¸n t èt nghi Öp

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: Đinh Thị Phương

: Lương Thị Ngọc Quyên : Phạm Tiến Thành Lớp : CTM_KII _Z113 Chuyên ngành : Chế tạo máy

1.Đề tài thiết kế :

Thiết kế và lập quy trình công nghệ chế tạo ra phay lăn răng module m = 4mm

2.Khối lượng của đồ án

1, Phần thuyết minh: …… trang

2, Phần bản vẽ: 08 bản A 0

3.Nôị dung nhận xét :

- ………

………

……… ………

………

………

………

………

………

………

………

………

……… ………

………

………

………

………

………

………

………

………

……… ………

………

………

Tuyên Quang Ngày15 tháng 03.năm 2006

Giáo viên hướng dẫn

§inh.T.Ph¬ng_L¬ng.N.Quyª n

Ph¹m.T.Thµnh

Líp CTM K2 -Z113

3

Tr êng §HB K H µ N«i § å ¸n t èt nghi Öp

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN DUYỆT

Họ và tên sinh viên : Đinh Thị Phương

: Lương Thị Ngọc Quyên : Phạm Tiến Thành Lớp: CTM_KII _ Z113 Chuyên ngành: Chế tạo máy

1.Đề tài thiết kế :

Thiết kế và lập quy trình công nghệ chế tạo ra phay lăn răng

2.Khối lượng của đồ án

1, Phần thuyết minh: … trang

2,Phần bản vẽ: …08……bản A0

3.Nôị dung nhận xét :

………

……… ………

………

………

………

………

………

………

………

……… ………

………

………

………

………

………

………

………

……… ………

………

………

………

Tuyên Quang Ngày 15 tháng 03năm 2006

Giáo viên duyệt

§inh.T.Ph¬ng_L¬ng.N.Quyª n

Ph¹m.T.Thµnh

Líp CTM K2 -Z113

4

Tr êng §HB K H µ N«i § å ¸n t èt nghi Öp

LỜI NÓI ĐẦU

Trong công nghiêp cơ khí các nhà máy là tổ hợp của nhiều loại chi tiết lắp ghép với nhau.nhờ đó mà nó được thực hiện qua những nhiệm vụ nhất định Bánh răng là một loại chi tiết quan trọng được dùng phổ biến trong các loại máy, với tác dụng truyền động, muốn chế tạo thì phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật với năng xuất cao, giá thành hạ vì vậy việc tính toán thiết kế để chế tạo ra nóđóng vai trò rất quan trọng

Dao phay lăn răng là loại dụng cụ gia công bánh răng theo phương pháp bao hình cho năng xuất cao và đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật Song công nghệ chế tạo dao phay lăn răng có nhiều khó khăn do dao có hình dạng về hình học rất phức tạp yêu cầu đảm bảo các thông số kết cấu c ao, đIều kiện gia công khó cho việc tính toán thiết kế, chế tạo các thiết bị gá lắp , lập trình công nghệ hợp lý, tính toán các thông số gá đặt để hớt lưng và mài sắc dao nhằm nâng cao độ chính xác khi chế tạo dao phay lăn răng là cần thiết

Được sự phân công của khoa cơ khí và các thầy trong bộ môn GCVL và DCCN chúng em được dao nhiệm vụ : “ thiết kế và lập quy trính công nghệ chế tạo dao phay lăn răng” với các thông số ban đầu:

1 gia công bánh răng thẳng , cấp chính sác B

2 module m= 4 (mm)

3 góc ăn khớp  = 200

4 hệ số chiều cao đầu răng f =1

5 dạng sản xuất : hàng loạt nhỏ

6 đIều kiện thiết bị : các loại máy, thiết bị có ở nhà máy dụng cụ cắt số

1 và các nhà máy cơ khí việt nam

Đồ án phải giải quyết các công việc sau:

1 Chọn phương án thiêt kế và tính toá n thiết kế dao phay lăn răng m=4(B)

2 Lập quy trình công nghệ chế tạo với điều kiện sản xuất hàng loạt nhỏ vàđiều kiện máy móc trang thiết bị trong nước

3 Tính toán thiết kế đồ gá

4 Lý thuyết tính toán thông số công nghệ để tạo hình bề mặt răng cắt

5 Nội dung của đồ án là phong phú , có nhiều phần lý thuyết khó và phức tạp

Được sự giúp đỡ tận tình của PGS TS Trịnh Minh Tứ và các thầy trong bộ môn GCVL và DCCN đến nay chúng em đã hoàn thành đò án theo nội dung được giao

§inh.T.Ph¬ng_L¬ng.N.Quyª n

Ph¹m.T.Thµnh

Líp CTM K2 -Z113

5

Tr êng §HB K H µ N«i § å ¸n t èt nghi Öp

Mặc dù đã có nhiều cố gắng t rong việc tìm tòi học hỏi nhiều tài liệu có liên quan, được sự hướng dẫn tận tình của PGS TS Trịnh Minh Tứ, các thầy trong bộ môn GCVT và DCCN và các bạn trong lớp, song, do còn có hạn chế về khả năng nhận thức và kiến thức nên không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình làm

Tuyên Quang, Ngày tháng 3 năm 2006

Nhóm sinh viên thực hiện:

Đinh Thị Phương Lương Ngọc Quyên Phạm Tiến Thành

TỔNG QUAN VỀ DAO PHAY LĂN RĂNG

I - TÌM HIỂU VỀ BÁNH RĂNG THÂN KHAI

Bánh răng là một loại chi tiết có thể giúp chúng ta truyền chuyển động từ nhỏđến lớn nên nó được dùng rất phổ biến trong máy móc cơ khí hiện nay So với chuyển động cơ khí thì truyền chuyển động bánh răng có một số ưu điển sau:

Ưu điểm:

- Kích thước nhỏ, khả năng tải lớn

- Tỷ số truyền không thay đổi

- Hiệu xuất cao có thể đạt 0,97 0,99

Nhược điểm:

- Chế tạo phức tạp đòi hỏi độ chính xác cao

- Có nhiều tiếng ồn khi vận tốc lớn

Truyền động bánh răng có nhiều loại nhưng trong đó truyền động bánh răng thân khai được dùng phổ biến rộng rãi nhất vì bánh răng được gia công bằn g công cụ cắt gọt có cạnh thẳng để đảm bảo độ chính xác cao không bị ảnh hưởng bởi sai số khoảng cách trục (do đó không làm thay đổi quay luật và tỷ số truyền)

Profile thân khai:

Khi 2 chi tiết (bánh răng – Bánh răng, Bánh răng – Thanh răng, Bánh ră ng –trục vít) ăn khớp với nhau các Profile của răng là bao hình của nhau trong

chuyển động tương đối giữa chúng nên về nguyên tắc khi chọn đường cong dùng làm profile thứ nhất bằng phương pháp bao hình ta luôn xác định đươc dạng

đường cong đối tiếp làm p rofile bánh răng thứ 2 thoả mãn điều kiện chuyển động Nói cách khác, có điều kiến tỉ số truyền bằng hằng trong thực tế hay dùng

dạng đường cong như đương xycloit, cung tròn , đương thân khai

Các thông số đặc trưng của bánh răng thân khai:

- m: module (được tiêu chuẩn hoá)

- De: đường kính vòng đỉnh

- Di: Đường kính vòng đáy

- d0: Đường kính vòng cơ sở

- di: Đường kính vòng chia

- h: Chiều cao răng

- h” Chiều cao chân răng (từ vòng tròn chia đến vòng tròn đáy răng)

- h’ Chiều cao đỉnh răng(từ vòng tròn chia đến vòng tròn đỉnh răng)

- Z: Số răng của bánh răng

p: Bước trên vòng chia của thanh răng sinh

1- Đặc tính cơ bản của bánh răng thân khai :

1.1 Nguyên lý tạo đường thân khai :

§inh.T.Ph¬ng_L¬ng.N.Quyª n

Ph¹m.T.Thµnh

Líp CTM K2 -Z113

7

Tr êng §HB K H µ N«i § å ¸n t èt nghi Öp

Cho một đường thẳng  lăn không trượt trên một vòng tròn âm 0 và bán kính r0 khi đó quỹ đạo của một điểm M bất kỳ trên đường thẳng  chính

là một đường thân khai, như hình vẽ:

Vòng tròn (0,r0) gọi là vòng tròn của đườ ng thân khai

1.2- Tính chất đường thân khai:

* Gọi một điểm M trên đường thân khai, M 0 là chân của đường thân khai này trên vòng tròn cơ sở và N là tiếp điểm của vòng tròn cơ sở, với đường tiếp tuyến của nó kẻ từ điểm M ta có:

1.3 Đặc điểm của đường thân kh ai:

Trong ăn khớp của 2 profin thân khai của cặp bánh răng, các điểm tiếp xúc nằm trên đường ăn khớp, có nghĩa là đường pháp tuyến chung cho cạnh răng thân khai tại bất kỳ vị trí tiếp xúc nào đều đi qua một điểm cố định trênđường tiếp tuyến với vòng t ròn cơ sở của bánh răng Đường thân khai dùng làm cạnh răng bánh răng thì sẽ đảm bảo tỷ số truyền cố định

Tr êng §HB K H µ N«i § å ¸n t èt nghi Öp

1.4- Phương trình đường thân khai :

Phương trình đường thân khai cần thiết cho việc nghiên cứu chế độ ăn khớp của bánh răng và ta dùng toạ độ cực để biểu diễn đường thân khai

Ta lấy tâm O của vòng tròn cơ sở làm gốc toạ độ và cho trục OX đi quađiểm M0 là chân của đường thân khai trên vòng tròn cơ sở

Khi đó một điểm M bất kỳ trên đường thân khai được xác địn h bằng các toạ

sở và tâm của đường thân khai tại M Góc x cũng là góc giữa pháp tuyến củađường thân khai tại M và vận tốc của điểm M khi vòng tròn cơ sở quay quanh

II CÁC PHƯƠNG PHÁP CHÍNH ĐỂ GIA CÔNG BÁNH RĂNG THÂN KHAI :

1- Các đặc tính của quá trình gia công Profile bánh răng :

- Quá trình cắt răng là quá trình cắt bỏ lớp kim loại ở rãnh răng để tạo nên rãnh răng Đảm bảo độ chính xác của răng chủ yếu đảm bảo độ chính xác của profin răng, độ chính xác bước răng( khi ăn khớp), độ đồng tâm của vòng chia với tâm quay của bánh răng

- Theo cách hình thành profin răng người ta chia việc gia công răng thành phương pháp định hình và phương p háp bao hình:

1.1 Cắt răng theo phương pháp chép hình :

Profile răng dụng cụ hoặc hình chiếu profile đó là bản chép lại nguyên hình của profile rãnh giữa các răng của bánh răng được gia công Trong quá trình cắt profile dụng cụ ở tất cả các điểm đều trùng với profin rãnh Dụng cụ làm việc theo phương pháp này là dao phay đĩa mô đun, dao chuốt

1.2 Cắt răng theo phương pháp bao hình:

Profile của bánh răng gia công là đường bao các vị trí khác nhau của lưỡi cắt dụng cụ trong quá trình cắt Dụng cụ l àm việc theo phương pháp này là dao bào, dao xọc, dao phay, dao cà, bánh mài

Nhìn chung các phương pháp gia công này có những đặc điểm sau:

- Trong quá trình cắt, tiết diện cắt luôn thay đổi theo từng răng và khi gia công thì một số răng dao cùng cắt mộ t lúc

- Tại từng điểm của lưỡi cắt lực tác dụng khác nhau Thường ở mỗi điểm của lưỡi cắt thì tốc độ cắt cũng khác nhau và lượng chạy dao cũng khác nhau (xọc răng, lăn răng)

- Vì lưỡi cắt có hình dạng phức tạp, chuyển động tương đối của lưỡi cắt so với phôi cũng phức tạp nên góc mài sắc cũng như góc cắt thường khôngđạt được trị số của điều kiện cắt hợp lý

- Đối với dao cắt răng thì yêu cầu độ chính xác cao( chính xác về thiết kế,

về chế tạo, nhiệt luyện, mài sắc) có thể cắt với năng suất lớn, tuổi bền cao

- Dụng cụ cắt chiếm 50% giá thành sản phẩm do đó phải xuất phát từ quy luật cắt mà lựa chọn dụng cụ cắt có kết cấu hợp lý và chế độ cắt hợp lý.

Như vậy rãnh sẽ chép hình đúng profin bộ phận làm việc của răng dao Do

đó phương pháp này được gọi là phương pháp chép hình

- Sai số của phương pháp này sinh ra là độ không chính xác của đầu phân

độ, dao phay và của máy

- Muốn đảm bảo độ chính xác của profin răng thì cứ một mô đun m, một số răng Z cần một dao cắt riêng Nh ưng như vậy thì cần một số lượng dao phay khá lớn do đó người ta chế tạo dao phay ra từng bộ gồm 8, 15 hoặc

26 con dao Các bộ dao được tính theo mô đun, còn trong một bộ thì mỗi dao có thể gia công một phạm vi số răng nhất định Do đó mà độ chính xác gia công bằng dao phay mô đun thấp Ngoài ra do phải phân độ để cắt từng răng một, do hình dạng của lưỡi cắt khó chọn phù hợp với chế độ cắt hợp lý nên năng suất thấp

- Có thể tăng năng suất bằng cách dùng hai dao cắt đồng thời: dao thứ nhất bằng hợp kim có pro fin hình thang dùng để cắt thô rãnh răng, dao thứ hai dùng để cắt tinh

- Dao phay đĩa mô đun được thiết kế như dao phay đĩa định hình thông thường Mặt sau của dao tạo nên bằng cách hớt lưng theo đường ácsimet

- Đặc tính về kết cấu của dao phay đĩa mô đun:

+ Hình dạng răng dao phụ thuộc vào mô đun và số răng của bánh răng gia công

+ Khi góc mài dao thay đổi thì đồng thời cũng làm thay đổi profile răng dao

+ Thường góc trước dao  = 0 Góc trước  > 0 làm cho điều kiện cắt tốt hơn nhưng sẽ làm cho profin răn g thay đổi sau mỗi lần mài lại mặt trước Góc sau tại mỗi điểm trên lưỡi cắt có khác nhau.+ Khi mài lại răng dao thì mài theo mặt truớc và tất cả các răng phải mài theo cùng trị số của góc trước

+ Độ mòn dao được xác định theo mòn mặt sau: Gia công thô h s =0,8  1 mm, khi gia công tinh h s = 0,25  3

Trong đó :

công

m – mô đun

C – Hệ số tỷ lệ phụ thuộc tính chất của vật liệu gia

- Công thức tính lượng chạy dao phút:

Sph = Sz .Z.n (mm/ph)Trong đó :

Z – số răng dao phay

n – số vòng quay trong 1 phútKhi phay thô bằng dao phay có răng gắn hợp kim cứng thì khi cắt thép chọn lượng chạy dao theo răng S z = 0,1  0,12 mm; khi cắt gang chọn

Sz = 0,18  0,2 mm

3 Cắt răng bằng dao phay lăn răng:

- Dao phay lăn răng dùng để gia công tinh và gia công thô các bánh răng hình trụ răng thẳng, răng nghiêng Khi gia công thô thì dùng dao ph ay lăn

có hai hoặc nhiều mối ren Khi gia công tinh dùng dao phay lăn có một mối ren

- Khi gia công dao có chuyển động quay tròn trên trục của nó, đồng thời có chuyển động thẳng( chuyển động chạy dao s 0) theo hướng trục bánh răng gia công Phôi quay quanh t rục của nó thực hiện chạy dao vòng

- Tốc độ cắt bằng dao phay lăn răng được tính theo công thức sau:

  Dn

1000 (m/ph)

Trong đó:

D: là đường kính dao phay, mm

n : là số vòng quay của dao phay trong một phút (vòng/ phút )

- Lượng chạy dao dùng để tính toán khi phay là S vg là lượng dịch chuyển của phôi khi quay một vòng Khi gia công tinh thì S vg không quá 1mm/ vòng Khi gia công thô S vg phụ thuộc độ cứng vững của máy và chọn không quá 12 mm/vòng

T S

T S

T S

tn : là bước răng dao phay

- Tốc độ cắt dựa vào tuổi bền của dao phay là một hàm số của lượng chạydao vòng Svg của phôi, của mô đun bánh răng gia công, và còn phụ thuộc vật liệu gia công và vật liệu làm dao

Các công thức tính tốc độ cắt cho vài trường hợp:

Khi cắt thô bánh răng môđun m = 2 - 16

- Phương pháp chép hình có ưu điểm thiết bị rẻ tiền nhưng số dao nhiều hơn

do phải dùng theo bộ, độ chính xác gia công không cao

- Phương pháp bao hình độ chính xác gia công cao hơn, số lượng dao dùng

ít hơn, chỉ cần dùng 1 dao trên một loại mô đun phay được các bánh răng

có số răng khác nhau nhưng giá thành dao đắt hơn

III TÌM HIỂU VỀ DAO PHAY LĂN RĂNG :

1 Công dụng, nguyên lý làm việc và các loại kết cấu dao phay lăn răng:1.1 Giới thiệu về dao phay lăn răng :

Dao phay lăn răng là dụng cụ dùng để gia công bánh răng ăn khớp ngoài răng thẳng, răng nghiêng, bánh vít bằng phươ ng pháp bao hình

Dạng profile dao phụ thuộc vào dạng profin răng của bánh răng gia công, có thể là thân khai, xiclôit, Quá trình hình thành profile của răng bánh răng bằng dao phay lăn răng tương tự như sự ăn khớp bánh răng gia công với trục vít Để tạo thành mặt trước của dao người ta làm các rãnh dọc, thường là rãnh xoắn Còn

để tạo góc sau thì phải hớt lưng các mặt sau của răng Kết cấu và thông số hình học của dao phay lăn răng khá phức tạp

Về mặt kết cấu người ta chia dao phay lăn răng t hành hai loại chính:

- Dao phay lăn răng răng liền: Là dao được chế tạo từ một phôi hoàn chỉnh

- Dao phay răng chắp: Là dao được chế tạo riêng phần lưỡi cắt bằng vật liệu cắt ghép với thân dao chế tạo từ vật liệu kim loại không mang tính cắt gọt, thường dùng dao răng chắp gia công bánh răng có mô đun m >10.

- Nếu dựa vào số đầu mối, thì người ta phân ra dao phay một đầu mối vàdao phay nhiều đầu mối

1.2- Nguyên lý làm việc của dao phay lăn răng :

Dao phay lăn răng làm việc theo nguyên lý bao hình có t âm tích Quá trình hình thành profin răng bánh răng bằng dao phay lăn răng tương tự như quá trình ăn khớp giữa bánh răng gia công với trục vít( Trục vít được coi như bánh răng nghiêng có số răng bằng số đầu mối của trục vít) Để tạo ra mặt trước của răng và các lưỡi cắt, trục vít được chế tạo có các rãnh dọc ( thường là rãnh xoắn) Để tạo ra góc sau thì các mặt sau của răng được hớt lưng

Theo nguyên lý ăn khớp, muốn cặp bánh răng nghiêng ăn khớp đúng thì các răng của chúng phải ăn khớp chính xác với cù ng một thanh răng không gian (kiểu dạng sinh)

Trong bộ truyền bánh răng muốn ăn khớp đúng thì hai bánh răng phải có bước răng và góc profile trong tiết diện pháp tuyến với hướng răng bằng nhau.Đối với dao phay lăn răn g (trục vít, bánh răng nghiêng) trong tiết diện thẳng góc với hướng xoắn vít của răng trên mặt trụ chia trung bình (đường tâm tích) phải có bước răng t 0, góc profile 0, và môđun m0 lần lượt bằng bước răng t

1, góc profin1 và môđun m1 của bánh răng gia c ông trong tiết diện pháp tuyến theo mặt trụ chia(vòng tròn tâm tích) của bánh răng: t 0 = t1, 0 = 1, m0

= m1.

Theo nguyên lý ăn khớp dao phay và bánh răng gia công liê n tục quay xung quanh trục của chúng, khi dao phay quay một vòng( dao một đầu mối) thìbánh răng gia công quay được một bước, tức là

Mỗi răng bánh răng gia công được cắt bằng các răng dao phay Các răng bánh răng phân bố theo trên chiều dài phần làm việc của đường tạo hình Các răng

dao phay bố trí di chuyển dọc theo trục dao Trong quá trình cắt chi tiết quay liên tục trên mỗi lưỡi cắt củ a dao sẽ tạo hình một điểm của profile răng bánh răng gia công.

Profile răng được tạo thành bởi tất cả các lưỡi cắt của các răng của đường vít dao phay trên đoạn làm việc Các lưỡi cắt của răng dao tiếp tuyến với profile lý thuyết của bánh răng Quỹ tích c ác điểm tiếp xúc là đường tạo hình Đường tạo hình đi qua cực tạo hình P ( điểm tiếp xúc của tâm tích chi tiết và tâm tích dao ) Profile bánh răng là thân khai nên đường tạo hình tiếp tuyến với vòng tròn cơ sở của đường thân khai

Để xác định chiều dài phần làm việc và chiếu dài của dao phay cần xác định vị trí giới hạn của các điểm tạo hình, nghĩa là các điểm giới hạn gia công được Các điểm giới hạn là giao điểm của các đường tạo hình với vòng tròn đỉnh răng dao phay (thanh răng khởi thuỷ K 2)

Các điểm giới hạn khả năng làm việc của đường tạo hình xác định chiều dàitạo hình L của dao phay đi theo hướng tâm tích dao trong hình chiếu lên mặtđầu bánh răng

Theo hình vẽ ta tính được chiều dài L như sau :

Chiều dài L phụ thuộc vào bán kính vòng đỉnh răng, có nghĩa là phụ thuộc vào

số răng Z1 của bánh răng gia công

Trên cơ sở chiều dài L, số răng dao Z 1 và bước chiều trục của dao phay có thểxác định được số lát cắt để tạo ra prôfile răng Các răng dao phay nằm bên tráiđiểm K1 không tham gia tạo hình Các răng đó tham gia cắt sơ bộ đường kính rãnh phôi để giảm tải trọng ở các răng ban đầu

2.Nguyên lý thiết kế dao phay lăn răng:

Dao phay lăn răng tron g phạm vi thiết kế là loại dao phay hớt lưng có prôfin mài Dùng để gia công các chi tiết có bề mặt định hình như:bánh răng , bánh vít, ren, trục then hoa

* Đường cong hớt lưng của dao phay :

Đường cong hớt lưng có thể là: đường xoắn Acsimet, đường x oắn lôgarit, đường thẳng và các đường khác Song thực tế hay dùng đường xoắn Acsimet, số gia của các véc tơ bán kính tỷ lệ thuận với số gia góc độc cực Bởi vậy, có thể gia công cam bằng cơ khí trên bất kỳ các máy có chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến ứng với số gia nói trên Ngoài ra cam này còn c0s tính chất vạn năng

* Phương trình đường xoắn Acsimet:

 = B.

Trong đó : - bán kính độc cực

 - góc độc cực

B – hệ số không đổi

Từ phương trình trên ta có độ nân g của đường xoắn là không đổi sau một vòng quay.

*Đường cong hớt lưng:

lượng nâng của đường xoắn: a = k.Z

Trong đó : k – lượng nâng đường xoắn ứng với một bước răng (trị số hớt lưng)

Z – số răng dao phay

 - góc giữa tiếp tuyến và đường xoắn Acsimet

IV- CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ DAO PHAY LĂN RĂNG :

1, Các bề mặt xoắn vít và sự tạo hình của chúng :

Dao phay lăn răng được hình thành từ mặt vít cơ bản là mặt vít kẽ , nghĩa là bề mặt xoắn đó một đường sinh thẳng chuyển động xoắn tạo thành Cách hình thành được mô tả trên hình

Trong không gian ba chiều , dựng hệ trục 0xyz , trục 0z thẳng đứ ng được dùng làm đường trục của chuyển động vít và là của bề mặt vít Dựng một mặt trụ tròn xoay, bán kính là r 0 , gọi là mặt trụ cơ sở hay mặt trụ dẫn Trên mặt trụ dựng mộtđường vít xuất phát từ điểm G nằm trên 0x có bươc xoắn là H , góc nghiêng củađường vít là  và góc nâng là = 900- 

Bước xoắn của đường vít (cũng là của mặt vít) tính theo :

Đường thẳng AB tiếp xúc với bề mặt trụ , đồng thời tựa trên đường vít tạiđiểm N và hợp với 0z một góc  tuỳ ý Cho AB thưc hiện hai chuyển động :một chuyển động tịnh tiến dọc trục 0z với tốc độ là v và một chuyển động quay quanh trục 0z với tốc độ góc là  Hai chuyển động này quan hệ vơi nhau , sao cho một điểm bất kỳ ví dụ M(x,y,z) thuộc AB quay được một vòng quanh 0z thì

đồng thời cũng chạy dọc theo phương 0z một lượng là H

2 

ở đây p là tham số mặt xoắn vít (chuyển động vít)

Kết quả là đường thẳng AB sẽ tạo ra một bề mặt vít , gọi là mặt vít kẻ

Một điểm M(x,y,z)thuộc AB là một điểm chạy , đồng thời sự chuyển độngcủa AB theo quay luật (1 -1) , thì toạ độ của M là x M,yM,zM chính là phương trình biểu diễn mặt vít

Ta viết phương trinh mặt vít kẻ :

Đặt MN=t , trên MN đặt một vectơ chỉ phương đơn vị  Phương trình vectơ của mặt vít được viết như sau:

Là mặt xoắn vít được tạo thành do đường thẳng AB cắt trục chuyển động vít

Oz dưới một góc  (khi cho ro =0).Nếu đường thẳng AB vuông góc với trục Oz thì bề mặt xoắn vít được gọi là bề mặt hêlicôit (mặt trước các loại dao phay lăn khi = 0)

Do đó mặt vít Acsimet có phương trình là :

x = -t.sin.sin

y = t.sin.cos (1-4)

z = p. + t.cos

Mặt xoắn vít Acsimet kín có những đặc tính sau :

 Mặt vít này không kh ai triển được trên mặt phẳng hay bề mặt bất kỳ nào

mà nó chỉ tạo hình đúng bằng đường thẳng Đặc tính này của mặt xoắn Acsimet kín là nguyên nhân gây ra sai số khi mài mặt trước dao phay lăn răng bằng đá mài côn đĩa

 Giao tuyến của mặt xoắn Acsimet kín vớ i mặt phẳng vuông góc với trục

Oz (z = 0) là đường cong acsimet.Từ (1 -4) nếu cho z = 0 ta có phương trình :

 B =

p.tg

p = B 

Đây là phương trình đường Acsimet trong hệ toạ độ cực

 Khi cắt mặt xoắn Acsimet kín bằ ng một mặt phẳng đi qua trục chuyểnđộng vít ta được giao tuyến là đường thẳng nghiêng vứi trục một góc .Đặc tính này cho phép dùng lưỡi cắt thẳng để tạo hình bề mặt xoắn vít dễ

dàng và đạt độ chính xác prôfile.

Ví dụ như mặt phẳng c hứa trục x= 0 (hoặc y = 0) sẽ cho giao tuyến là đường thẳng:

z=cotg.y + p

1.2 Mặt xoắn vít Côngvôluýt:

Được tạo thành do chuyển động xoắn vít của đường thẳng AB chu yển động xoắn vít Oz mà chéo với trục một góc  Trong quá trình chuyển động vít đường sinh thẳng AB luôn luôn tiếp tuyến với mặt trụ có bán kính r 0

Mặt xoắn vít Côngvôluýt không khai triển được trên mặt phẳng nên không thểtạo hình bởi mặt phẳng hoặc một mặt bất kỳ khác, mà xhỉ có thể tạo hình chính xác bằng đường thẳng

* Giao tuyến của mặt xoắn vít Côngvôluýt với mặt phẳng chiều trục (chứa Oz)

là đường cong Thực vậy , trong phương trình tổng quát cho x = 0 hoặc y = 0 và dùng phép thế ta sẽ được phương trình cong 2 toạ độ

Ví dụ cho y = 0 ta sẽ có phương trình :

* Giao tuyến của mặt xoắn vít côngvôluýt với mặt phẳng vuông góc với trục

là đường thân khai kéo dài Từ phương trình tổng quát ta cho z = 0

 p = r 2

 k 2 với hệ số k = 2p2tg2

* Giao tuyến của mặt xoắn vít côngvôluýt với mặt phẳng tiếp xúc với mặt trụ

Oz, ở đây có thể lấy mặt phẳng y = r 0 hoặc x= r0 ta được :

z = p.- x.cos

§inh.T.Ph¬ng_L¬ng.N.Quyª n

Ph¹m.T.Thµnh

Líp CTM K2 -Z113

20

1.3 Mặt xoắn vít thân khai :

Khi đường sinh tạo nên mặt vít convoliut nghiêng với trục một góc s bằng góc nghiêng của đường xoắn vít trên mặt trụ dẫn hướng thì mặt convoliut khai triển được trên mặt phẳng, như vậy có thể tạo được bằng mặt phẳng Mặt vít nàyđược gọi là mặt vít thân khai

Trên hình vẽ khi cho đường thẳng AB tiếp xúc mặt trụdẫn hướng và nghiêng với trục OZ của đường vít một góc  (  =  )

Ta có phương trình biểu diễn mặt vít thân khai như sau:

Mặt xoắn vít thân khai có những đặc điểm sau :

 Cắt mặt vít bằng mặt phẳng z =0 (mặt phẳng vuông góc với Oz)sẽ cho

giao tuyến là đường thân khai Thay z = 0 vào phươ ng trình tổng quát tađược :

2.Thiết kế profile dao phay lăn răng:

Bề mặt khởi thuỷ của dao phay lăn răng là bề mặt vít của trục vít khởi thuỷ( trục vít cơ bản) Để tạo thành dao phay lăn răng thì trên trục vít cơ bản có các rãnh dọc thoát phoi, có mặt trước và các mặt sau hớt lưng để tạo góc sau dương Lưỡi cắt là giao tuyến của mặt trước và mặt sau Thiết kế dao phay lăn răng dựa trên cơ sở của sự ăn khớp giữa trục vít thân khai với bánh răng thân khai, về nguyên lý thì bánh răng thân khai chỉ ăn khớp đúng với trục vít thân khai mặt khác để tìm profin lưỡi cắt cần phải xác định phương trình của mặt trước, phương trình của mặt vít cơ bản và giao tuyến của hai bề mặt này đó là profin cần tìm Nhưng mặt sau dao phay phải tạo thành góc sau dương nên mặt sau không thể là mặt của trục vít cơ bản mà là mặt xoắn vít Ascimet Để đảm bảo cho profin lưỡi cắt khi mài sắc lại( tức là khi thay đổi vị trí của mặt trước) không thay đổi hoặc thay đổi không đáng kể thì mặt sau phải được hớt lưng hướng trục Đến nay việc hớt lưng hướng trục dao phay lăn răng rất khó thực hiện Vì vậy thiết kế dao phay lăn răng trên cơ sở trục vít thân khai là trục vít khởi thu ỷ vẫn không đảm bảo được profin lưỡi cắt chính xác, mà việc chế tạo rất khó khăn Do đó dao phay lăn răng thường được thiết kế theo phương pháp gần đúng, đảm bảo độ chính xác của profin lưỡi cắt theo yêu cầu kỹ thuật cho phép

Trục vít thân khai được thay thế bằng trục vít convoliut hoặc trục vít Acsimet đó

là các trục vít cơ sở gần đúng, tạo điều kiện chế tạo thuận tiện

3 Trục vít cơ bản:

Bánh răng thân khai chỉ có thể ăn khớp đúng được với trục vít thân khai Các trục vít dạng khác không ăn khớp đúng được với bánh răng thân khai Vì vậy để gia công trục vít chính xác bánh răng thân khai, lưỡi cắt của dao phay lăn răng phải nằm trên bề mặt của trục vít thân khai có các kích thước tương ứng với kích thước của bánh răng gia công Trục vít mà t rên cơ sở của nó được dùng để thiết

kế dao phay lăn răng gọi là trục vít cơ bản trên hình 8 mô tả mặt vít của trục vít cơ bản và các lưỡi cắt của dao phay lăn răng

Dao phay lăn răng được chế tạo trên cơ sở trục vít cơ bản có mặt vít cơ bản các lưỡi cắt của dao phay là giao tuyến của mặt trước (rãnh dọc) và mặt sau của

răng dao để có góc sau mặt saucủa dao không thể trùng với mặt vít cơ bản mà

phải xê dịch đi một lượng so với mặt vít cơ bản các mặt sau của dao răng phay cũng là những mặt xoắn ví t Vì vậy về một phía mặt sau có góc xoắn và bước lớn hơn góc xoắn và bước của mặt vít cơ bản, còn phía kia thì ngược lại Như vậy sau mỗi lần mài sắc lại lưỡi cắt của dao phay lăn răng (giao tuyến của mặt trước mặt sau)sẽ xê dịch so với vị trí ban đầu và vào gần trục dao hơn.

Để đảm bảo gia công chính xác lưỡi cắt của dao phay sau khi mài lại phải

nằm trên mặt xoắn trên trục vít cơ bản Vì vậy xác định prôfile dao phay lăn răng phải tuân theo các bước sau :

a) Xác định phương trình của bề mặt trụ c vít cơ bản (trục vít thân khai)

b) Xác định mặt trước răng dao phay (rãnh dọc)

c) Prôfile lưõi cắt của dao phay là giao tuyến trục vít cơ bản và mặt trước

d) Mặt sau của dao phay lăn răng phải là mặt xoắn mà giao tuyến của nó với mặt trước phải tạo nên lưỡi cắt trên bề mặt của trục vít cơ bản

Như vậy, muốn có bánh răng thân khai, cần phải làm sao cho prôfile dao phay dùng để gia công được thiết kế trên cơ sở của trục vít thân khai Song trong thực tế khó thực hiện được vì: prôfile lưỡi cắt được thiết kế trên cơ sở trục vít thân khai có dạng đường cong Hớt lưng hướng kính như hiện nay vẫn dùng để chế tạo dao phay lăn răng không đảm bảo được prôfile lưỡi cắt không đổi khi

mài sắc lại Phương pháp hớt lưng hướng kính được dùng hiện na y chỉ đảm bảo tạo đúng được các mặt sau xoắn trong trường hợp lưỡi cắt có prôfin thẳng

Do đó, dao phay lăn răng để gia công bánh răng thân khai hình trụ hiện nayđược thiết kế theo các phương pháp gần đúng

V- CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ GẦN ĐÚ NG

Để xác định prôfile lưỡi cắt dao phay lăn răng người ta dùng hai phương

pháp gần đúng sau đây:

1 - Profile thẳng trong tiết diện hướng trục :

Dao phay được chế tạo theo phương pháp này có profin trong tiết diện chiều trục là thẳng Trục vít thân khai được thay thế bằng trục vít thẳng hướng trục đó

là trục vít Acsimet

Nếu trục vít cơ bản là trục vít thân khai thì giao tuyến của nó với tiết diện qua trục là đường cong Toạ độ x k, yk của điểm K trên đường đó trong hệ trục vuông góc Oxy có trục Ox tr ùng với trục của trục vít và trục Oy đi qua giao điểm củađường cong đó với mặt trụ cơ sở bán kính r 0 được xác định theo công thức:

Dấu ‘-’ ứng với mặt xoắn trái.

Ta có profile răng dao khi thay trục vít thân khai bằng trục vít Acsimet:

2.8

B

Trục va

Giao tuyến của trục vít Acsimet với mặt phẳng qua trục là đường thẳng(đường sinh của trục vít ).Đường si nh này được chọn đi qua hai điểm B và C của profin dao phay

Hai điểm này trong quá trình cắt sẽ gia công hai điểm B’ và C’ ngoài cùng của đoạn profin thân khai của bánh răng

Để giảm sai số profin răng dao khi mài sắc ( theo mặt trước) hai điểm B và Cđược chọn như sau:

* Điểm B trên đầu răng dao được chọn trong tiết diện tính toán

* Điểm C ở chân răng được chọn trong tiết diện cách mặt trước ( chưa mài sắc) một đoạn bằng 0,5 bước vòng

Tiết diện tính toán cách mặt trước một đoạn bằng 0,1  0,25 bước

Khoảng cách từ mặt trụ trung bình tính toán của dao phay đến điểm C là h’ pbằng tổng chiều cao đoạn làm việc của đầu răng h’’ pl và một lượng hớt lưng bằng0,35K

h p

Ta có:

'

h pl ''0,35K

Ta có profile răng dao phay khi thiết kế gần đúng:

Đối với bánh răng không vát đỉnh răng thì h’ p = h’’pl .m

Nếu bánh răng có vát đỉnh răng thì h’ pl sẽ giảm đi một lượng bằng chiều cao vát

Đường kính mặt trụ cơ sở của trục vít thân khai đo được tính theo công thức:

d 0  m

cos 

.tg 0

0 là góc nâng của đường vít trên mặt trụ cơ sở

Ta có quan hệ  và 0 như sau: cos0 = cos cos

: là góc profin tại điểm có bán kính bằng bán kính của mặ t trụ trung bình tínhtoán rtbt

từ hình vẽ trên ta thấy, góc profin trục vít Acsimet thay thế đi qua các điểm B vàC

( góc v) được tính theo công thức:

I mà là profin đường 5 có hiện tượng cắt lẹm ở chân răng, đầu răng và có độ cong lớn Bánh răng có profin như vậy có lợi cho quá trình ăn khớp

Góc profin của trục Acsimet cơ bản là góc gần đúng vì thế có thể được xácđịnh theo công thức đơn giản hơn, đảm bảo độ chính xác thực tế:

cot g v  cot g

cos

Vì mặt sau răng dao phay là mặt xoắn acsimet khác với bề mặt của trục vít

cơ bản, nên góc profin răng dao phay trong tiết diện qua trục đối với dao phay xoắn theo hướng phải có thể tính theo công thức:

Đối với dao phay lăn răng xoắn trái thì ngược lại

Góc chiếu của profile răng dao phay lăn răng trên mặt phẳng chiều trục :

S K

tgch =

tgu S1  t0

2.Profile thẳng trong tiết diện pháp tuyến với rãnh răng:

Thiết kế profin dao phay lăn răng theo phương pháp này tức là trục vít thân khai cơ bản đựoc thay thế bằng trục vít có profin răng thẳng ở tiết diện pháp tuyến Tiết diện pháp tuyến N – N thẳng góc với đường vít nằm trên mặt trung bình của dao phay và đi qua điểm giữa rãnh răng

Dao phay được thiết kế theo phương pháp này, profile của trục vít thay thếđược xác định bằng hai cách:

* Profile trong tiết diện pháp tuyến của trục vít được chọn đú ng bằng profin dạng sinh của bánh răng gia công, đồng thời góc profile răng dao phay u được chọn bằng góc profile của dạng sinh bánh răng gia công 

* Khi góc xoắn vít  của dao phay không lớn ( <30) thì sự khác nhau giữa

góc profin răng dao và tr ục vít thân khai ít, do đó đối với dao phay có <30, góc

profile răng lấy bằng góc profile của dạng sinh tức là u =  Khi góc  lớn hơn

thì lưỡi cắt của dao phay sẽ xê dịch nhiều so với bề mặt của trục vít thân khai cơ

sở Do mong muốn làm cho sai lệch của profin lý thuyết là ít nhất và hợp lý nhất

mà dẫn đến việc tạo ra các kết cấu dao phay có góc profin hiệu chỉnh, có nghĩa

u   Hay u =   

Ở hình vẽ trên cho biết mặt cắt giữa trục vít cơ bản của phương pháp tạo hìn h gần đúng và mặt phẳng tiếp tuyến với mặt trụ cơ sở của mặt vít thân khai trục vít

cơ sở Vết của tiết diện bề mặt thân khai khi cắt bởi mặt phẳng này có dạngđường thẳng

Đối với dao phay góc profile lớn hơn góc của dạng sinh

u =  + 

Đường số 2 thì các lưỡi cắt ở chân răng và đầu răng không trùng với prôfilecủa trục vít thân khai Nếu dùng loại dao phay này để gia công bánh răng thì prôfile răng sẽ bị cắt chân răng và cắt đầu răng ở đây đầu răng lớn hơn lượng cắt chân răng

Khi chọn góc profile dao phay nhỏ hơn profile cuă rạng sinh u =  - 

thì xảy ra hiện tượng cắt chân răng, đồng thời đầu răng dao phay dày ra (đường 4) Dùng loại dao phay này để gia công bánh răng thì ta được đầu răng d ày và chân răng bị cắt nhiều Do đó phương pháp này thiếu cơ sở

Nếu dao phay có góc bằng góc của dạng sinh u =  thì sai số có trị số trung bình.Trong trường hợp này sai lệch ở đỉnh răng và chân răng dao phay xấp xỉ bằng nhau (đường 3) Sai lệch đó đảm bảo hiện tượng cắt chân răng và đầu răng tương ứng của bánh răng

Do đó đối với dao phay lăn có   3 0 có thể dùng cách tạo hình theo tiết diện pháp tuyến hoặc có góc profile của dao u =  hoặc với góc profile lớn

hơn