PHƯƠNG PHÁP CẮT RĂNG VÀ DỤNG CỤ

Khi bàn dao quay quay tròn để tạo chuyển động cắt thì quỷ đạo của các dao cắt răng sẽ trùng với v s s Hình 5.2 Cắt răng bằng dao phay Tâm bánh răng dẹt Bánh răng dẹt Bàn dao quay Dao cắt

Chuơng 5 PHƯƠNG PHÁP CẮT RĂNG VÀ DỤNG CỤ

Truyền động bánh răng được dùng rất phổ biến trong ngành chế tạo máy Răng của các bánh răng có các dạng prôfin khác nhau, nhưng dạng thân khai là dạng được sử dụng rộng rãi hơn cả

Chất lượng truyền động bánh răng được quyết định chủ yếu bởi độ chính xác chế tạo bánh răng Các yếu tố chính quyết định đến độ chính xác của truyền động bánh răng là độ chính xác prôfin răng, độ chính xác bước răng và độ đồng tâm của vòng chia so với tâm quay của bánh răng Các chỉ tiêu cụ thể về độ chính xác chế tạo bánh răng đã học trong môn Dung sai

Quá trình cắt răng là quá trình cắt bỏ lớp kim loại ở rãnh giữa hai răng để tạo prôfin của răng Theo cách hình thành prôfin răng, người ta chia việc gia công răng thành hai phương pháp :

răng dụng cụ hoặc hình chiếu của prôfin này sẽ định ra prôfin của rãnh giữa các răng Các dụng cụ làm việc theo phương pháp này là dao phay đĩa mô đuyn, dao phay ngón mô đuyn, dao chuốt răng v.v

các vị trí vị trí liên tiếp của lưỡi cắt dụng cụ trong quá trình cắt Các dụng cụ làm việc theo phương pháp này là dao bào bánh răng côn thẳng, dao xọc răng bao hình, dao phay lăn răng, dao cà răng v.v

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

- Trong quá trình cắt, tiết diện lớp cắt luôn luôn thay đổi theo từng răng

- Khi gia công thì nhiều răng dao cùng tham gia cắt một lúc

- Lực cắt tác dụng lên từng lưỡi cắt thay đổi theo từng thời điểm

- Lưỡi cắt có hình dáng phức tạp, đồng thời chuyển động tương đối của lưỡi cắt so với chi tiết cũng phức tạp nên các góc độ của dao như góc trước, góc sau thường không đạt được các giá trị hợp lý

Các dụng cụ cắt răng được chế tạo với độ chính xác cao, có thể cắt với năng suất lớn

và tuổi bền của dao cũng cao

Có rất nhiều phương pháp gia công bánh răng [Các PP gia công KL], dưới đây chúng tôi chỉ trình bày một số phương pháp thường gặp nhất

5.2.1 Cắt răng bằng dao phay đĩa mô đuyn (hình 5.1)

Trong phương pháp này prôfin răng dao phay (hoặc hình chiếu của prôfin này lên mặt đầu của bánh răng gia công) phải hoàn toàn giống như prôfin rãnh răng của bánh răng được gia công

Dao phay có chuyển động quay tròn, còn phôi thì thực hiện chuyển động chạy dao Các chuyển động này có thể thực hiện trên máy phay ngang

Sau khi cắt xong một rãnh răng, dùng đầu phân độ quay chi tiết đi một góc răng để gia công rãnh răng tiếp theo

Hình 5.1 Cắt răng bằng dao phay đĩa mô đuyn ngón mô đuyn

5.2.2 Cắt răng bằng dao phay ngón mô đuyn (hình 5.2)

Trong phương pháp này hình dạng của dao phay trong mặt phẳng hướng kính sẽ giống như prôfin rãnh răng của bánh răng được gia công

Dao phay có chuyển động quay tròn quanh trục thẳng đứng, còn phôi thì thực hiện chuyển động chạy dao Các chuyển động này có thể thực hiện trên máy phay đứng

Hình 5.3 Cắt răng bánh răng côn xoắn bằng đầu dao phay

Sau khi cắt xong một rãnh răng, dùng đầu phân độ quay chi tiết đi một góc răng để gia công rãnh răng tiếp theo

5.2.3 Cắt răng bánh răng côn xoắn bằng đầu dao phay (hình 5.3)

Nguyên lý của phương pháp này là người ta xem như bánh răng được cắt (phôi) ăn khớp với bánh răng dẹt tưởng tượng gắn trên giá quay Trên cơ sở đó, người ta dùng các bộ truyền trục vít-bánh vít và bánh răng-bánh răng để tạo chuyển động quay ăn khớp giữa bánh răng dẹt ( tức là chuyển động quay giá quay) và bánh răng côn xoắn được cắt (phôi) Trên giá quay có gắn một bàn dao quay (đầu cắt răng ở hình 5.3 a) trên đấy có các dao cắt răng Khi bàn dao quay quay tròn (để tạo chuyển động cắt) thì quỷ đạo của các dao cắt răng sẽ trùng với

v

s

s

Hình 5.2 Cắt răng bằng dao phay

Tâm bánh răng dẹt Bánh răng dẹt Bàn dao quay Dao cắt răng Phôi

Giá quay Trục vít

b)

dạng cong của răng bánh răng dẹt tưởng tượng do đó các dao cắt răng này sẽ cắt các rãnh răng của phôi (hình 5.3b)

5.2.4 Bào bao hình prôfin răng bánh răng côn thẳng (hình 5.4)

Người ta dùng các cặp dao bào với lưỡi cắt thẳng có chuyển động thẳng đi lại để cắt

và chuyển động ăn khớp với răng gia công sao cho lưỡi cắt tạo thành họ đường bao của prôfin răng

Hình 5.4 Bào bánh răng côn thẳng Hình 5.5 Xọc răng bao hình

5.2.5 Xọc răng bao hình bằng dao xọc răng (hình 5.5)

Dao xọc răng có dạng giống như một bánh răng nhưng có góc trước và góc sau ở các lưỡi cắt Trong quá trình cắt thì dao xọc có chuyển động chính đi về theo phương thẳng đứng

để cắt phoi, đồng thời dao và phôi phải có chuyển động quay ăn khớp để tạo nên prôfin răng gia công (các rãnh trên phôi được hình thành như là đường bao của các vị trí khác nhau của lưỡi cắt) Ngoài ra còn phải có chuyển động chạy dao (Sp) và chuyển động nhường dao của phôi (khi dao chuẩn bị chạy ngược lên, để tránh mòn mặt sau dao thì chi tiết lùi xa dao một ít

và khi dao bắt đầu cắt lại thì chi tiết trở về chỗ củ)

5.2.6 Phay răng bằng dao phay lăn răng (hình 5.6)

Dao phay lăn có dạng như một trục vít (nên còn gọi là dao phay trục vít) quay tròn quanh trục nó để tạo nên chuyển động cắt chính đồng thời có chuyển động chạy dao S theo chiều trục của bánh răng gia công để cắt hết chiều cao bánh răng Để cắt hết chiều cao prôfin răng, còn có chuyển động chạy dao hướng kính Sp Phôi phải có chuyển động quay giống như bánh vít ăn khớp với trục vít (dao) để tạo nguyên lý bao hình và dao có thể cắt hết các răng Hình 5.6 b thể hiện vị trí đặt dao khi gia công bánh răng trụ răng thẳng

5.2.7 Cà răng (hình 5.7)

Cà răng là phương pháp gia công tinh bánh răng để đạt độ chính xác cao Dụng cụ cà răng có hình dạng như một bánh răng nghiêng nhưng ở mặt bên của răng có các rãnh để tạo thành lưỡi cắt (hình 5.7 a) Khi làm việc, trục của dao cà răng 1 (quay với tốc độ n1) kéo trục bánh răng 2 quay theo với tốc độ n2 Hai trục được đặt nghiêng với nhau một góc θ do đó sẽ

có chuyển động trượt dọc trục S làm cho các lưỡi cắt trên mặt bên của răng dao cà hớt đi một lượng dư bé trên bề mặt răng của bánh răng gia công (hình 5.7b)

5.2.8 Mài răng

Đây là phương pháp gia công tinh bánh răng bằng đá mài Phương pháp này đặc biệt hữu ích khi gia công các bánh răng đã tôi cứng

Hình 5.6 Cắt răng bằng dao phay lăn Hình 5.7 Gia công tinh răng bằng dao cà răng.

5.3 DỤNG CỤ GIA CÔNG RĂNG THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH HÌNH

Trong phần này, chúng ta sẽ chỉ nghiên cứu dao phay đĩa và dao phay ngón mô đuyn

5.3.1 Dao phay đĩa mô đuyn.

5.3.1.1 Đặc điểm và phạm vi sử dụng

Thông thường thì dao phay đĩa mô đuyn là một dao phay định hình hớt lưng với các răng dao có prôfin là dạng rãnh bánh răng cần gia công Các dao phay đĩa mô đuyn dùng để gia công thô hoặc gia công tinh các bánh răng thẳng, bánh răng nghiêng, bánh răng chữ V có rãnh thoát dao ở giữa

Độ chính xác của bánh răng được gia công bằng dao phay đĩa mô đuyn thì thấp, thường là thấp hơn cấp 9 là do các nguyên nhân sau :

- Đối với mỗi bánh răng gia công (có mô đuyn và số răng đã xác định) đúng ra ta phải

có một dao phay đĩa mô đuyn riêng với prôfin của răng dao được xác định theo prôfin răng bánh răng đấy Nhưng nếu làm như thế thì số lượng dao phay đĩa mô đuyn tiêu chuẩn sẽ rất nhiều Do đó người ta đã chế tạo các dao phay đĩa mô đuyn theo bộ 8, 15 hoặc 26 dao để gia công các bánh răng có cùng mô đuyn với dao nhưng số răng khác nhau (bảng 5.1)

- Việc chia độ để cắt các rãnh răng khác nhau được thực hiện bằng đầu phân độ nên

độ chính xác bước vòng chỉ đạt được thấp hơn cấp 9

Bảng 5.1 Số hiệu và công dụng của các bộ 8 và 15 dao phay đĩa mô đuyn tiêu chuẩn Số

Số

răng

của

bánh

răng

gia

công

Bộ 8

dao

5 -13

14 -16

17 -20

21 -25

26 -34

35 -54

55 -134

135

-∞

Bộ

15

dao

5 13 14 15

-16

17 -18

19 -20

21 -22

23 -25

26 -29

30 -34

35 -41

42 -54

55 -79

80 -134

135

-∞

5.3.1.2 Prôfin răng dao phay

b)

b) )

1 Nhắc lại về đường thân khai :

Đường thân khai là đường cong vẽ nên bởi một điểm C nào đó trên một đường thẳng khi đường thẳng này lăn không trượt trên vòng tròn bán kính ro - gọi là vòng tròn cơ sở (hình 5.8)

Hình 5.8 Đường thân khai

Do lăn không trượt, chiều dài cung AB = BC , do đó phương trình của đường thân

khai trong hệ tọa độ cực là:









−

=

=

=

x x x

x

x x

tg inv

r r

α α α

0

(5.1)

trong đó : αx - góc áp lực tại điểm khảo sát (C), θx – góc thân khai, rx – bán kính vec tơ của đường thân khai tại điểm khảo sát (C)

2 Prôfin phần làm việc (thân khai)

Hình 5.9 Xác định prô fin phần làm việc của dao phay đĩa mô đuyn

Tọa độ một điểm M (x,y) trên đường thân khai trong hệ tọa độ XOY (hình 5.9) :

C A

B

αx

θx

O

r0

rx

Vòng đỉnh

Vòng chia

Vòng

cơ sở Vòng đáy







=

=

x x

x x r y

r x

δ

δ cos

sin (5.2)

δx được xác định như sau :

δx = θx + δo (5.3) Trong đó θx và δo được tính như sau :

- Tính θx :

Theo (5.1)

θx =invαx =tgαx −αx (5.4)

với

x

o x

r

r

arccos

=

α (5.5)

- Tính δo :

θo + δo = = δg

o

g

g o g

d

S

α θ

δ

⇒ (5.6) Thay (5.4) và (5.6) vào (5.3), ta được :

x g inv x inv o

Z m

S

α α

(5.7) với : m – mô đuyn của bánh răng gia công, Z - số răng của bánh răng, dg - đường kính chia của bánh răng gia công

Chú ý :

- Thường người ta phải dùng (5.2) để xác định từ 6 đến 20 điểm M trên prôfin thân khai khi dựng prôfin dao

- Khi cắt bánh răng nghiêng và bánh răng chữ V, nếu góc nâng răng β ≤ 15o và độ chính xác yêu cầu không cao thì có thể tạo prôfin của dao phay đĩa mô đuyn như đối với dao cắt bánh răng thẳng nhưng phải dùng số răng ảo Z’ thay cho số răng thật Z:

β 3 cos

Z = (5.8)

- Đối với dao phay bộ, việc tính prôfin dao phay là theo số răng nhỏ nhất mà dao phay đĩa mô đuyn phải gia công để khi ta sử dụng dao này gia công bánh răng có số răng lớn hơn thì rãnh bánh răng sẽ rộng hơn tránh được kẹt răng khi ăn khớp với bánh răng đối tiếp

- Trong thực tế, ta có thể thay prôfin thân khai bằng các cung tròn thay thế, nhưng phải đảm bảo sai lệch prôfin nằm trong giới hạn cho phép

3 Prôfin phần không làm việc

Ngoài đoạn thân khai BC (hình 5.9) của prôfin dao phay đĩa mô đuyn, ta còn phải xác định đoạn cong chuyển tiếp O1B Đoạn cong chuyển tiếp này có thể là một cung tròn hoặc thay bằng một cung tròn và một đoạn thẳng Bên ngoài điểm C, chúng ta phải thêm một đoạn của prôfin để dự trữ cho dao phay

Dao phay đĩa mô đuyn là một dao phay định hình hớt lưng với prôfin là rãnh bánh răng được gia công như ta vừa xác định ở phần trước Hình 5.10 cho ta các yếu tố kết cấu của dao phay đĩa mô đuyn không phay vát rãnh (hình a) và có phay vát rãnh (hình b) Một số các yếu tố kết cấu chính của dao phay đĩa mô đuyn như sau :

• Các góc độ của dao :

- Góc trước : γ = 8 ÷ 10o đối với dao gia công thô và γ = 0o cho dao gia công tinh

- Góc sau ở điểm ngoài cùng : αb = 10 ÷ 5o cho dao gia công thô và αb = 10 ÷ 15o cho dao gia công tinh

• Các điều kiện đảm bảo độ bền của dao:

- Chiều dày thân dao ở tiết diện nguy hiểm : m ≥ 0,35 d

- Chiều rộng chân răng dao phay : C ≥ 0,75 H

• Các yếu tố kết cấu khác xem ở dao phay định hình hớt lưng

Hình 5.10 Kết cấu dao phay đĩa mô đuyn

5.3.2 Dao phay ngón mô đuyn

5.3.2.1 Đặc điểm và phạm vi sử dụng

Dao phay ngón mô đuyn có kích thước bé hơn dao phay đĩa mô đuyn; tuy nhiên khi cắt răng thì dao này có năng suất thấp do số răng ít ( 4 ÷ 8 răng), điều kiện kẹp chặt dao lên máy kém cứng vững (công xôn) và góc tiếp xúc khi cắt lớn (ψ = 180o) Độ chính xác của bánh răng khi gia công thấp do các lý do giống như ở dao phay đĩa mô đuyn cọng với việc đường kính và prôfin của dao bị thay đổi khi mài lại dao

Dao phay ngón mô đuyn được dùng rộng rãi trong ngành chế tạo máy nặng để cắt các bánh răng thẳng, nghiêng hoặc chữ V có một hay nhiều lần chéo với mô đuyn m ≥ 10, đặc biệt là đối với các bánh răng có m > 50 thì chỉ có dao phay ngón mô đuyn là cắt được

b)

Hình 5.11 trình bày kết cấu của dao phay ngón mô đuyn cắt thô và cắt tinh với hai kiểu định vị kẹp chặt giữa dao và trục gá Prôfin của dao phay ngón mô đuyn cắt răng của bánh răng trụ răng thẳng được xác định giống như dao phay đĩa mô đuyn Đối với dao phay ngón (cũng như dao phay đĩa) mô đuyn dùng để gia công bánh răng nghiêng hoặc chữ V thì

để xác định chính xác prôfin của dao, người ta phải dùng phương pháp tìm hình bao phức tạp Sau đây, chúng ta khảo sát một số yếu tố kết cấu chính của dao phay ngón mô đuyn

Hình 5.11 Kết cấu dao phay ngón mô đuyn Hình 5.5 Sơ đồ hớt lưng dao phay ngón

a) Góc độ của dao :

- Góc trước : γ = 5 ÷ 10o ở dao phay thô , γ = 0o ở dao phay tinh

- Góc sau ở điểm ngoài cùng : αb = 5 ÷15o

b) Đường kính ngoài D :

Đường kính ngoài cùng D được xác định từ hoành độ Xmax ở điểm ngoài cùng C của prôfin (hình 5.9) :

D = 2 X max + (3 ÷ 10) mm (5.9) c) Phần định vị và kẹp chặt :

Dao phay ngón mô đuyn lắp vào trục gá nhờ mối lắp ren Hai kiểu định vị và kẹp chặt phổ biến nhất được thể hiện ở hình 5.11 Kiểu A thường được dùng hơn : định vị bằng mặt lỗ (d1) và mặt đầu, phần ren phía trong được lắp có độ hở với ren của trục gá nên không tham gia định tâm mà chỉ có nhiệm vụ kẹp chặt Kiểu B dễ chế tạo hơn vì định vị bằng mặt trụ ngoài d1

và mặt đầu

d) Răng và rãnh :

Răng có thể hớt lưng hoặc răng nhọn (khi này phải mài dao theo cả prôfin) Trên dao phay thô có thể làm các rãnh chia phoi Rãnh phải đủ để chứa phoi, do đó phải lưu ý ở đầu nhỏ răng phải đủ bền và rãnh phải đủ sâu Góc rãnh thường là 45 ÷ 60o Số răng của dao phay tinh nên lấy số chẳn

e) Chiều dài phần cắt l p và chiều dài dao L :

lp phụ thuộc vào chiều sâu prôfin y1max (hình 5.9) :

l p = y 1max + (3 ÷ 10) mm (5.10)

Kiểu B

Kiểu A

d 1

D

b)

c)

L = (1,9 ÷ 2) l p (5.11) f) Hớt lưng dao phay ngón mô đuyn:

Dao phay ngón mô đuyn có thể được hớt lưng theo phương hướng kính, hướng trục hoặc nghiêng (hình 5.5)

Khi hớt lưng theo phương hướng kính (hình 5.5a) thì độ lớn hớt lưng theo phương pháp tuyến với prôfin K1 sẽ thay đổi khi mài lại dao thì đường kính dao phay sẽ thay đổi nhiều do đó cách hớt lưng này thường sử dụng cho dao phay thô

Khi hớt lưng hướng trục (hình 5.5b) thì góc sau ít thay đổi hơn (vì độ lớn hớt lưng theo phương hướng kính K1 tại các điểm khác nhau sẽ thay đổi theo khuynh hướng bù lại sự thay đổi của đường kính tại các điểm này : D tăng thì K1 tăng và ngược lại nên theo quan hệ

α

π tg

Z

D

K = thì α sẽ ít thay đổi.) Tuy nhiên, khi hớt lưng hướng trục thì tại các đoạn mà prôfin song song hoặc gần song song với trục thì góc sau sẽ quá bé vì K1 tại những chỗ đấy rất bé

Để tận dụng được các ưu điểm và hạn chế các nhược điểm của hai cách hớt lưng trên, người ta thực hiện hớt lưng nghiêng một góc τ = 10 ÷ 15o so với trục dao phay (hình 5.5c) Cách hớt lưng này rất thích hợp cho dao phay tinh

5.4.1 Đặc diểm và công dụng

Dao cắt răng theo phương pháp bao hình gia công được các bánh răng có độ chính xác cao, năng suất gia công lớn nhưng việc chế tạo dao thường khó hơn so với dao gia công bánh răng theo phương pháp định hình Trong phần này chúng ta sẽ khảo sát hai loại dụng cụ gia công bánh răng theo phương pháp bao hình thường gặp nhất là dao phay lăn răng và dao xọc răng

Dao phay lăn răng dùng để gia công bánh răng ăn khớp ngoài (và một phần cho bánh răng ăn khớp trong) răng thẳng, răng nghiêng, răng chữ V (có rãnh thoát dao); bánh vít ; bánh răng côn răng nghiêng (dùng dao phay lăn đặc biệt)

Dao xọc răng dùng để gia công bất cứ bánh răng trụ nào, đặc biệt nó có vai trò mà dao phay lăn không thể thay thế đó là cắt răng bánh răng có bậc hoặc có vai, bánh răng ăn khớp trong, bánh răng chữ V không có rãnh thoát dao, cắt thanh răng chính xác

5.4.2 Một số bề mặt xoắn vít dùng để chế tạo dao gia công bánh răng

Trong các dao cắt răng, người ta thường dùng các mặt xoắn vít thẳng tức là bề mặt vít tạo ra bởi các đường thẳng để tạo ra các bề mặt dao Chúng ta sẽ khảo sát sau đây các bề mặt xoắn vít này

5.4.2.1 Mặt vít ác- xi- mét

Khi một đường thẳng t tạo với trục O-O một góc τ vừa quay vừa tịnh tiến đều quanh trục O-O thì t sẽ vẽ nên mặt vít ác- xi- mét (hình 5.13a) Mặt vít ác- xi- mét không thể khai triển ra mặt phẳng nên không thể dùng mặt phẳng hoặc mặt bất kỳ để gia công tạo ra nó, ta chỉ có thể dùng một đường để tạo nên mặt vít ác- xi- mét

Mặt phẳng qua trục O-O sẽ cắt mặt ác- xi- mét theo một đường thẳng Mặt phẳng thẳng góc với trục O-O sẽ cắt mặt ác- xi- mét theo đường ác- xi- mét

Hình 5.13 Các mặt vít dùng để tạo ra các bề mặt của dao

Khi đường thẳng t nghiêng với trục một góc là τ1 nhưng không cắt trục mà lại tiếp xúc với một mặt trụ cơ sở có bán kính ro Khi t vừa quay vừa tịnh tiến đều quanh mặt trụ cơ sở (góc nâng của đường vít do chuyển động vừa quay vừa tịnh tiến ωo khác với τ1) thì nó sẽ vẽ nên mặt vít công-vô-luýt (hình 5.13c)

Mặt vít công-vô-luýt không khả triển nên chỉ có thể tạo hình nó bằng một đường (ví

dụ lưỡi cắt thẳng của dao tiện định hình)

Mặt phẳng chứa trục sẽ cắt mặt vít công-vô-luýt theo một đường cong Mặt phẳng tiếp xúc với trụ cơ sở sẽ cắt mặt vít công-vô-luýt theo đường thẳng Mặt phẳng thẳng góc với trục sẽ cắt mặt vít công-vô-luýt theo đường thân khai kéo dài

Trong trường hợp mặt vít công-vô-luýt trên, nếu góc nghiêng của đường thẳng t so với trục bằng góc nâng của đường vít do chuyển động vừa quay vừa tịnh tiến = τC (hình 5.13c) thì mặt vít được tạo thành là mặt vít thân khai

Mặt vít thân khai có thể khai triển được trên một mặt phẳng nên có thể tạo hình nó bằng một mặt phẳng (ví dụ dùng mặt phẳng đá mài để mài nó)

Mặt phẳng chứa trục sẽ cắt mặt vít thân khai theo một đường cong Mặt phẳng tiếp xúc với trụ chia sẽ cắt mặt vít thân khai theo đường thẳng Mặt phẳng thẳng góc với trục sẽ cắt mặt vít thân khai theo đường thân khai

5.4.3 Dao phay lăn răng

Dao phay lăn răng giống như một trục vít nhưng có xẻ thêm các rãnh dọc (theo phương pháp tuyến với đường vít) để tạo nên các rãnh chứa phoi và mặt trước với góc trước của dao đồng thời người ta tiến hành hớt lưng prôfin các răng dao để tạo thành mặt sau và góc sau Như vậy có thể nói rằng dao phay được tạo nên từ một trục vít cơ sở

12.4.3.1 Trục vít cơ sở của dao phay lăn răng

Dao phay lăn răng có thể được chế tạo dựa trên các trục vít cơ sở sau :

- Trục vít ác–xi-mét : trục vít này có prôfin dạng thẳng trong tiết diện chiều trục nên

dễ gia công (ví dụ dùng dao tiện định hình có lưỡi cắt thẳng nằm trong mặt phẳng chiều trục)

t

Trụ

cơ sở

Trụ chia

Mặt phẳng cắt b)

a w ts b)

c)