Đồ Án Tốt Nghiệp Máy Và Hệ Thống Điều Khiển Số Theo Chương Trình 150 tc (CDIO) CHƯƠNG 5 ( Sách Giáo Trình)

Đồ Án Tốt Nghiệp Máy Và Hệ Thống Điều Khiển Số Theo Chương Trình 150 tc (CDIO)GỒM CÓ TỔNG CỘNG 12 CHƯƠNG:Chương 1: Đại cương về máy cắt kim loại.Chương 2: Máy tiệnChương 3: Máy khoan doaChương 4: Máy PhayChương 5: Máy gia công bánh răngChương 6: Máy màiChương 7: Máy chuyển động thẳngChương 8: Thiết kế máy cắt kim loạiChương 9: Máy điều khiển theo chương trình sốChương 10: Hệ thống tín hiệu mã hiệuChương 11: Hệ thống điều khiển máy NC và CNCChương 12: Nội suy trong hệ thống máy điều khiển số. Sau đây là chương :Chương 5: Máy gia công bánh răngCuối chương còn có phần câu hỏi ôn tập. Giúp sinh viên hệ thống lại kiến thức của chương, giúp nhớ lâu hơn, kỹ hơn và vận dụng vào thực tiễn..Cuối chương còn có phần câu hỏi ôn tập. Giúp sinh viên hệ thống lại kiến thức của chương, giúp nhớ lâu hơn, kỹ hơn và vận dụng vào thực tiễn.

CHƯƠNG 5: MÁY GIA CÔNG BÁNH RĂNG

Mục tiêu chương V: Sau khi học xong chương này, sinh viên có khả năng:

1 Phân biệt các phương pháp gia công bánh răng;

2 Trình bày được các chuyển động tạo hình của máy phay lăn răng và máy xọc

răng;

3 So sánh sự khác nhau giữa việc gia công bánh trụ răng thẳng và gia công

bánh trụ răng xoắn trên máy phay lăn răng;

4 Viết được các phương trình xích truyền động cơ bản trong máy phay lăn răng

5E32, dựa vào sơ đồ kết cấu động học;

5 Viết được các phương trình xích tốc độ, xích chạy dao, xích bao hình trong

máy phay lăn răng 5E32

5.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BÁNH RĂNG

Bánh răng bằng vật liệu kim loại thường được gia công bằng phương pháp bào, phay,chuốt,… Hiện nay, việc gia công bánh răng trong các nhà máy cơ khí thường thực hiện trêncác máy chuyên dùng

Về nguyên lý hình thành bề mặt răng, có hai phương pháp cơ bản sau đây:

5.1.1 Phương pháp định hình

Phương pháp định hình là phương pháp tạo hình bằng cách cho cạnh lưỡi cắt trùngvới đường sinh của bề mặt gia công

Hình 5 1-Gia công bánh răng theo phương pháp định hình

Các chuyển động tạo hình khi gia công bánh răng bằng phương pháp định hình:

- Chuyển động cắt chính: Dao phay quay tròn nd (v/ph)

- Chuyển động chạy dao: Bàn máy mang phôi tịnh tiến S (mm/v phôi)

- Chuyển động phân độ: Sau khi gia công hết một răng, phôi quay một đoạn để đến vị trí cầngia công răng tiếp theo

Cần có các trang thiết bị để đảm bảo thực hiện đầy đủ các chuyển động tạo hình vừanêu:

- Máy phay vạn năng;

- Đầu phân độ;

- Dao phay modul các loại:

 Dao phay ngón modul;

 Dao phay đĩa modul

Về nguyên tắc, khi gia công bánh răng có modul m và số răng Z, cần có 1 dao phayriêng Trong thực tế, vì điều kiện chế tạo khó khăn nên người ta chế tạo theo bộ và chấpnhận có sai số về biên dạng răng Dao phay được tiêu chuẩn hóa thành hai bộ:

- Bộ 8 gồm 8 dao được kí hiệu: 1, 2, …, 8

Bảng 5 1 – Dao phay modul bộ 8

Sốhiệu

Sốrăng

12÷

15

14÷

16

17÷

20

21÷

25

26÷

34

35÷

54

55÷134

- Bộ 15 gồm 15 dao được kí hiệu: 1, 1½, 2, 2½ , 8

Bảng 5 2 – Dao phay modul bộ 15

Sốhiệu

1

16

17÷

18

19÷

20

21÷22

Sốhiệu

23÷

25

26÷

29

30÷

34

35÷

41

42÷

54

55÷

80

81÷134Phương pháp chép hình có ưu điểm là không cần máy phay chuyên dùng, dao phaymodul dễ chế tạo Tuy nhiên, phương pháp này cho năng suất thấp vì mất thời gian phân độ,mất thời gian để dao trở về vị trí ban đầu, gia công từng răng một Tùy theo số răng cần cắt,

cần rất nhiều dao phay modul khác nhau Vì vậy, phương pháp này thường dùng trong sảnxuất đơn chiếc.

5.1.2 Phương pháp bao hình

Là phương pháp gia công bánh răng nhắc lại sự ăn khớp giữa bánh răng – thanh rănghoặc giữa bánh răng – bánh răng

5.1.2.1 Dựa vào nguyên lý ăn khớp bánh răng – thanh răng

Thanh răng đóng vai trò là dao Khi thay dao có dạng thanh răng bằng dao có dạngtrục vít – dao phay lăn trục vít, được sử dụng trong máy phay lăn răng

Hình 5 2 – Gia công bánh răng theo nguyên lý ăn khớp bánh răng – thanh răng

Máy phay lăn răng có các chuyển động tạo hình:

- Chuyển động cắt chính: chuyển động quay của dao ntc (vg/ph);

- Chuyển động chạy dao: dao tịnh tiến theo phương thẳng đứng Sđ (mm/vg phôi);

- Chuyển động bao hình: chuyển động quay của phôi np (v/ph) và chuyển động quay của dao

n d (v/ph) Giữa chuyển động quay của dao và chuyển động quay của phôi có mối liên hệ:

1 vòng dao ↔ k

5 1 ) Trong đó: k – Số đầu mối của dao phay lăn răng;

Z – Số răng của bánh răng cần gia công.

5.1.2.2 Dựa vào nguyên lí ăn khớp bánh răng – bánh răng

Khi đường kính vòng chia của bánh răng lớn hơn so với thanh răng Dao có dạngthanh răng sẽ được thay bằng dao có dạng bánh răng – dao xọc, được sử dụng trong máyxọc răng

Hình 5 3 – Gia công bánh răng theo nguyên lý ăn khớp bánh răng – bánh răng

Máy xọc răng có các chuyển động tạo hình:

- Chuyển động cắt chính: dao xọc tịnh tiến khứ hồi nd (htk/ph);

- Chuyển động bao hình: chuyển động quay của dao nd (v/ph) và chuyển động quay của phôi

n p (v/ph), giữa chúng có mối liên hệ:

1 vòng dao ↔ Z d

Z p vòng phôi

( 5 2 ) Trong đó: Zp – Số răng của bánh răng cần gia công;

Z d – Số răng của dao xọc.

- Chuyển động chạy dao hướng kính: bàn máy mang phôi tịnh tiến theo hương hướng kính

nhằm gia công hết chiều cao răng h = 2,25 m Thông thường, dao xọc ăn hết chiều cao răng

khi phôi quay đươc 1/3 vòng

So với phương pháp chép hình, phương pháp bao hình có khả năng gia công bánhrăng đạt độ chính xác cao và năng suất cao hơn Mức độ tự động cao hơn Một dao phaymodul nhất định có thể cắt được nhiều bánh răng cùng modul với số răng bất kỳ

5.2 MÁY PHAY LĂN RĂNG 5E32

5.2.1 Khả năng công nghệ

Máy lăn răng là máy gia công bánh răng theo phương pháp bao hình, lặp lại chuyểnđộng của bánh răng và thanh răng, trong đó một đóng vai trò là phôi, một đóng vai trò làdao Sự ăn khớp này là sự ăn khớp cưỡng bức Nguyên lí trên gây ra một số trở ngại:

- Chuyển động chính để gia công cơ là chuyển động tịnh tiến khứ hồi Vì vậy, khi chuyểnsang thiết kế máy, chuyển động khứ hồi khó có thể hiện các cơ cấu nguyên lý máy Bêncạnh đó, các thông số phù hợp với các điều kiện kích thước gia công khó đạt yêu cầu đề ra;

- Chuyển động khứ hồi làm tăng thời gian phụ, năng suất giảm;

- Các thông số về số răng, modul dẫn đến chiều dài dao cắt thay đổi nên khó chế tạo dao

Vì vậy, nguyên lý gia công bánh răng được thay đổi bằng nguyên lý ăn khớp bánh vít– trục vít, chuyển động khứ hồi hữu hạn trở thành chuyển động quay tròn vô hạn của trụcvít Một đóng vai trò là phôi, một đóng vai trò là dao Sự ăn khớp này là sự ăn khớp cưỡngbức

5.2.1.1 Gia công bánh trụ răng thẳng

Hình 5 4 – Các chuyển động khi gia công bánh trụ răng thẳng

Các chuyển động tạo hình khi gia công bánh trụ răng thẳng gồm có:

- Chuyển động cắt chính: chuyển động quay của dao nd (v/ph);

- Chuyển động chạy dao: dao tịnh tiến theo phương thẳng đứng Sđ (mm/v phôi);

- Chuyển động bao hình: chuyển động quay của phôi np (v/ph) và chuyển động quay của dao

- Bánh răng có m ≤ 3, có thể gia công trong một lần;

- Bánh răng có m > 3, chia thành các bước gia công thô và tinh.

Để đảm bảo lưỡi dao phay luôn trùng với hướng của rãnh răng, ta phải quay trục daomột góc φ=α bằng góc nâng của dao Hình 5.1a

5.2.1.2 Gia công bánh trụ răng xoắn

Hình 5 5-Gia công bánh trụ răng xoắn

Các chuyển động tạo hình khi gia công bánh trụ răng xoắn:

- Chuyển động cắt chính: chuyển động quay của dao nd (v/ph)

- Chuyển động chạy dao đứng: dao tịnh tiến theo phương thẳng đứng Sđ (mm/v phôi)

- Chuyển động bao hình: chuyển động quay của phôi np (v/ph) và chuyển động quay của dao

 Không như bánh trụ răng thẳng, bánh trụ răng xoắn gồm những răng có bước xoắn tp Giả sử

bánh răng xoắn chỉ có 1 đường răng như hình Để tạo ra đường răng này, ngoài chuyểnđộng quay của phôi thì phôi cần quay thêm (hoặc bớt đi) 1 vòng để tạo được đường răng có

bước xoắn tp Nếu phôi cần gia công Z răng thì đối với mỗi răng, phôi cần quay thêm một lượng 1/Z vòng.

 Chuyển động vi sai là chuyển động quay thêm hoặc bớt đi của phôi để tạo ra rãnh xoắn Đâycũng là điểm khác biệt giữa gia công bánh trụ răng thẳng và răng xoắn

Bảng 5 3 – So sánh sự khác nhau giữa gia công bánh trụ răng thẳng và răng xoắn

Gia công bánh trụ răng

thẳng

Gia công bánh trụ răng xoắn

Số vòng quay của phôi để gia công hết bề dày phôi L:

Để đảm bảo lưỡi dao phay luôn trùng với hướng của rãnh răng, cần quay trục daomột góc φ Hình 5.1b

5 4 )

- Dấu (-) nếu dao và bánh răng có cùng chiều xoắn

- Dấu (+) nếu dao và bánh răng có chiều xoắn ngược nhau

Hình 5 6-Điều chỉnh góc quay của trục dao khi gia công răng;

a-Gia công răng thẳng; b- Gia công răng nghiêng;

1-Phương xoắn của bánh răng; 2-Phương xoắn của dao Điều chỉnh khoảng cách giữa tâm dao và phôi phải đảm bảo chiều cao răng h = 2,25m

5.2.1.3 Gia công bánh vít

Các chuyển động tạo hình khi gia công bánh vít:

- Chuyển động cắt chính: chuyển động quay của dao nd (v/ph);

- Chuyển động bao hình: chuyển động quay của phôi np (v/ph) và chuyển động quay của dao

Hình 5 7-Gia công bánh vít

 Chạy dao hướng kính: là chuyển động tịnh tiến của bàn máy mang phôi theo phương hướngkính Phương pháp này cho năng suất cao do hành trình chạy dao ngắn nhưng dao mònkhông đều;

 Chạy dao tiếp tuyến: là chuyển động tịnh tiến của bàn máy mang phôi theo phương dọc trục,tiếp tuyến với bánh vít cần gia công Phương pháp này cho năng suất thấp nhưng dao mònđều

5.2.2 Sơ đồ kết cấu động học máy phay lăn răng

Hình 5 8 – Sơ đồ kết cấu động học máy xọc

- Phương trình cơ bản xích tốc độ:

5

7 ) Trong đó: iv – Tỉ số truyền xích tốc độ;

n d – Số vòng quay của dao.

- Phương trình cơ bản xích bao hình:

1 vòng dao i x i cđ 1=k

5 5 ) Trong đó: ix – Tỉ số truyền xích điều chỉnh chạc bao hình;

i cđ1 – Tỉ số truyền cố định trong xích bao hình.

- Phương trình cơ bản xích chạy dao đứng:

5 6 ) Trong đó: icđ2 – Tỉ số truyền cố định trong xích chạy dao;

i s – Tỉ số truyền của chạc điều chỉnh xích chạy dao;

t x – Bước của trục vít-me đứng.

- Phương trình cơ bản xích vi sai:

5 7 ) Trong đó: icđ3 – Tỉ số truyền cố định trong xích vi sai;

i VS – Tỉ số truyền trong cơ cấu vi sai

i y – Tỉ số truyền của của chạc điều chỉnh xích vi sai

5.2.3 Máy phay lăn răng 5E32

5.2.3.1 Tính năng kỹ thuật

5.2.3.2 Sơ đồ động máy 5E32

Hình 5 9-Sơ đồ động máy phay lăn răng 5E32

- Công thức điều chỉnh chạc thay đổi tốc độ:

i v= n d

126

( 5 9 )

- Công thức điều chỉnh chạc bao hình:

i x=24 k

Z e f

( 5 1 1 ) Trong đó, số răng của bánh răng e, f được chọn như sau:

72 , khi gia công chi tiết có Z > 160.

Hình 5 10-Sơ đồ xích bao hình máy 5E32

5.2.3.5 Phương trình xích chạy dao

 Phương trình xích chạy dao chạy dao đứng

Xích chạy dao đứng trục xuất phát từ 1 vòng phôi qua các tỉ số truyền cố định đến

chạc thay đổi xích chạy dao is và kết thúc đường truyền ở trục vít dọc.

- Phương trình xích chạy dao dọc:

- Công thức điều chỉnh chạc chạy dao (tx = 10):

i s= 3

10S đ

( 5 1 3 )

Hình 5 11-Sơ đồ xích chạy dao đứng máy 5E32

 Phương trình xích chạy dao hướng kính

Xích chạy dao dọc trục xuất phát từ 1 vòng phôi qua các tỉ số truyền cố định, đến

chạc thay đổi xích chạy dao is và kết thúc đường truyền ở trục vít ngang.

- Phương trình xích chạy dao hướng kính:

4 )

- Công thức điều chỉnh chạc chạy dao (tx = 10):

i s=5

8S hk

( 5 1 5 )

Hình 5 12-Sơ đồ xích chạy dao hướng kính máy 5E32

 Phương trình xích chạy dao tiếp tuyến

Xích chạy dao tiếp tuyến sử dụng khi gia công bánh vít bằng phương pháp chạy daotiếp tuyến

- Khi không dùng cơ cấu vi sai: xích chạy dao xuất phát từ 1 vòng phôi qua các tỉ số truyền

cố định, chạc thay đổi xích chạy dao is, kết thúc đường truyền ở trục vít me có tx = 2π

 Phương trình xích chạy dao

 Công thức điều chỉnh chạc thay đổi xích chạy dao:

i s= 5

2 π S tt

( 5 1 7 )

Hình 5 13 – Xích chạy dao tiếp tuyến không dùng cơ cấu vi sai

- Khi dùng cơ cấu vi sai

 Phương trình xích chạy dao:

i x=24 k

Z e f

 Công thức điều chỉnh chạc điều chỉnh xích vi sai:

i y= 3

mk

( 5 1 9 )

Hình 5 14 – Xích chạy dạo tiếp tuyến sử dụng cơ cấu vi sai

 Phương trình xích vi sai cắt rãnh xoắn

Trong đó:

i vs=1

2;i x=24 k

Z e f

- Dấu (+) khi phôi và dao cùng chiều xoắn;

- Dấu (-) khi phôi và dao ngược chiều xoắn

CÂU HỎI ÔN TẬP

1 Có bao nhiêu pháp gia công bánh răng? Liệt kê các phương pháp đó.

2 Nêu ưu điểm và nhược điểm của phương pháp gia công bánh răng bằng phương

pháp định hình.

3 Phương pháp bao hình là gì? Phương pháp bao hình khi gia công bánh răng dựa

theo những nguyên lý nào?

4 Trình bày các chuyển động tạo hình khi gia công bánh răng trụ răng thẳng trên

máy phay lăn răng.

5 Trình bày các chuyển động tạo hình khi gia công bánh vít trên máy phay lăn răng.

6 Trình bày các chuyển động tạo hình khi gia công bánh răng trụ răng xoắn bằng

máy phay lăn răng.

7 So sánh sự khác nhau của các chuyển động tạo hình khi gia công bánh răng trụ

răng thẳng và bánh răng trụ răng xoắn.

8 Có những phương pháp chạy dao nào khi gia công bánh vít trên máy phay lăn

răng Phân tích những ưu, nhược điểm của từng phương pháp.

9 Cho sơ đồ động máy phay lăn răng 5E32 (Hình 5.10) Viết phương trình xích tốc

độ, xích bao hình, xích chạy dao của máy phay lăn răng 5E32.

10 Trình bày nguyên lý xọc bao hình Từ đó xác định các chuyển động tạo hình cần

thiết và viết các phương trình xích truyền động cơ bản.

11 Phân tích nguyên lý làm việc và cách điều chỉnh hành trình của cơ cấu tay

quay-thanh truyền trong máy xọc 514.

BÀI ĐỌC THÊM: MÁY XỌC RĂNG

A Nguyên lý xọc răng và sơ đồ kết cấu động học

a Nguyên lý xọc răng

Xọc răng dựa trên nguyên lý nhắc lại sự ăn khớp của bánh răng - bánh răng Trong

đó, một đóng vai trò là dao, một đóng vai trò là phôi Sự ăn khớp này là sự ăn khớp cưỡngbức

Hình 5 15 – Các chuyển động khi xọc

Gia công bao hình bằng phương pháp xọc răng có các chuyển động tạo hình:

- Chuyển động cắt chính: dao tịnh tiến khứ hồi n (htk/ph) (3);

- Chuyển động bao hình: chuyển động quay của dao nd (v/ph) (1) và chuyển động quay của phôi np (v/ph) (2);

- Chuyển động chạy dao: dao tịnh tiến theo phương hướng kính S (mm/htk) để cắt hết chiều cao răng (4).

Ngoài ra máy còn có chuyển động nhường dao (5) sẽ trình bày rõ hơn ở những phần

sau

b Sơ đồ kết cấu động học máy xọc răng

Hình 5 16 – Sơ đồ kết cấu động học máy xọc răng

- Phương trình cơ bản xích tốc độ:

n đc i v=n tc(v / ph)

( 5 2 2 )

- Phương trình cơ bản xích bao hình:

1 vtc i cđ 1 i x=Z d

Z p vòng phôi

( 5 2 3 )

- Phương trình cơ bản xích chạy dao hướng kính:

1 htk i cđ 2 i0 T =S hk(mm /htk ) (

5 2

4 )

Trong đó: icđ1 – Tỉ số truyền cố định trong xích bao hình;

i cđ2 – Tỉ số truyền cố định trong xích chạy dao hướng kính;

i x – Tỉ số truyền của chạc điều chỉnh xích bao hình;

i 0 – Tỉ số truyền của chạc điều chỉnh xích chạy dao hướng kính;

T – Độ nâng của cam, mm.

B Máy xọc răng 514

a Tính năng kỹ thuật

Máy 514 là máy xọc răng bán tự động, dùng để gia công bánh răng trụ răng thẳng,răng xoắn ăn khớp ngoài và trong

- Đường kính bánh răng gia công: Răng ngoài: ∅ 20 ÷ 500 mm

b Sơ đồ động máy xọc răng

Hình 5 17 – Sơ đồ động máy xọc răng 514

c Phương trình xích tốc độ

Xích tốc độ bắt đầu từ động cơ chính N = 2,2 kW qua cơ cấu buli-đai, qua hộp tốc độ, đến cơ cấu tay quay-thanh truyền, cuối cùng ăn khớp với thanh răng m = 3,25 làm trục chính mang dao xọc tịnh tiến khứ hồi Hình 5.17

Phương trình xích tốc độ:

n đc1 ∅100

∅280 .0,985 [2288

2981377346

64]=n tc(htk / ph)

( 5 2 5 )

Tốc độ trục chính tính bằng hành trình kép trong một phút và có 4 giá trị sau đây:

Hình 5 18 – Sơ đồ xích bao hình máy xọc 514

e Phương trình xích chạy dao hướng kính

Xích chạy dao hướng kính bắt đầu từ 1 vòng trục II, qua các tỉ số truyền cố định,

chạc điều chỉnh xích chạy dao hướng kính, qua cơ cấu cam-con lăn để kéo trục chính chạyhướng kính cắt đúng chiều cao răng Phương trình xích chạy dao hướng kính

Cam trong máy xọc 514 thực hiện chạy dao hướng kính, khi xích phân độ quay nó ¼vòng, tức là 900 và độ nâng cam h = 19,2 thì:

T = 19,2× 360

90 (mm)

Từ đây có công thức điều chỉnh chạc chạy dao hướng kính:

a3b3=

S

0,048

( 5 3 0 )

Các bánh răng thay thế trên máy xọc 514 cung cấp lượng chạy dao hướng kính tiêu

chuẩn S = 0,024; 0,048; 0,096 mm/htk

Hình 5 19 – Sơ đồ xích chạy dao hướng kính máy xọc 514

f Xích nhường dao

Khi dao xọc thực hiện xong hành trình thuận (hành trình cắt) dao xọc đi lên phôi và

dao phải tách rời nhau một khoảng từ 3 ÷ 5 mm để tránh chạm nhau Xích truyền động thực hiện nhiệm vụ này gọi là xích nhường dao Nó được thực hiện từ cam lắp trên trục II cam này tiếp xúc với con lăn gắn với khung XIX Khi cam quay, khung XIX di động trục lên