Thiết kế chế tạo khớp nối trục kiểu rzeppa khớp nối cầu ứng dụng công nghệ CNC

Nguyễn Hồng Lĩnh BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Hồng Lĩnh Thiết kế, chế tạo khớp nối trục kiểu Rzeppa (khớp nối cầu) ứng dụng công nghệ CNC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH : CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Người hướng dẫn khoa học : Nguyễn Hồng Sơn 2005 - 2007 Hà Nội 2007 HÀ NỘI - 2007 Trang LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương I : Tổng quan khớp đẳng tốc RZEPPA 1.1 Giới thiệu chung khớp đẳng tốc RZEPPA 1.1.1 Nguồn gốc đời khớp đẳng tốc RZEPPA 1.1.2 Vị trí, ưu khuyết điểm khớp đẳng tốc RZEPPA 1.2 Nguyên lý cấu tạo 1.2.1 Nguyến lý đối xứng gương 1.2.2 Nguyên ký cấu tạo khớp đẳng tốc RZEPPA 10 1.3 Cấu tạo khớp đẳng tốc RZEPPA 13 1.3.1 Vỏ cầu 13 1.3.2 Lõi cầu 14 1.3.3 Bi lăn 15 1.3.4 Vịng cách 16 1.4 Khả gia cơng 17 1.5 Nhu cầu thị trường Việt Nam khớp 19 đẳng tốc Chương II : Phân tích định hướng thiết kế chế tạo 2.1 Nghiên cứu Jesse Song biến thiên ứng suất Hertz khớp đẳng tốc RZEPPA sản xuất khơng 20 20 xác 2.2 Thiết kế lập vẽ gia cơng 30 2.3 Phân tích lập tiến trình cơng nghệ 35 2.3.1 Tiến trình cơng nghệ gia cơng lõi cầu 35 2.3.2 Tiến trình cơng nghệ gia cơng vịng cách 38 2.3.3 Tiến trình cơng nghệ gia công vỏ cầu 41 Chương III : Ứng dụng công nghệ CNC để gia công rãnh 48 trượt bi 3.1 Gia công lõi cầu 48 3.1.1 Nguyên công gia công rãnh lõi cầu 48 3.1.2 Các sai số xảy nguyên công tiện 56 rãnh 3.2 Gia công rãnh trượt bi vỏ cầu 62 3.2.1 Máy gia công 62 3.2.2 Dụng cụ gia công 63 3.3.3 Trình tự gia cơng 64 Chương IV : Kết luận kiến nghị 80 LỜI CẢM ƠN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHỚP NỐI TRỤC KIỂU RZEPPA (KHỚP NỐI CẦU) ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ CNC” tơi tìm hiểu nghiên cứu Các kết số liệu luận văn trung thực trình nghiên cứu cộng tác nghiêm túc MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương I : Tổng quan khớp đẳng tốc RZEPPA 1.1 Giới thiệu chung khớp đẳng tốc RZEPPA 1.1.1 Nguồn gốc đời khớp đẳng tốc RZEPPA 1.1.2 Vị trí, ưu khuyết điểm khớp đẳng tốc RZEPPA 1.2 Nguyên lý cấu tạo 1.2.1 Nguyến lý đối xứng gương 1.2.2 Nguyên ký cấu tạo khớp đẳng tốc RZEPPA 10 1.3 Cấu tạo khớp đẳng tốc RZEPPA 13 1.3.1 Vỏ cầu 13 1.3.2 Lõi cầu 14 1.3.3 Bi lăn 15 1.3.4 Vịng cách 16 1.4 Khả gia cơng 17 1.5 Nhu cầu thị trường Việt Nam khớp 19 đẳng tốc Chương II : Phân tích định hướng thiết kế chế tạo 2.1 Nghiên cứu Jesse Song biến thiên ứng suất 20 20 Hertz khớp đẳng tốc RZEPPA sản xuất khơng xác 2.2 Thiết kế lập vẽ gia cơng 30 2.3 Phân tích lập tiến trình cơng nghệ 35 2.3.1 Tiến trình cơng nghệ gia cơng lõi cầu 35 2.3.2 Tiến trình cơng nghệ gia cơng vịng cách 38 2.3.3 Tiến trình công nghệ gia công vỏ cầu 41 Chương III : Ứng dụng công nghệ CNC để gia công rãnh 48 trượt bi 3.1 Gia công lõi cầu 48 3.1.1 Nguyên công gia công rãnh lõi cầu 48 3.1.2 Các sai số xảy ngun cơng tiện 56 rãnh 3.2 Gia công rãnh trượt bi vỏ cầu 62 3.2.1 Máy gia công 62 3.2.2 Dụng cụ gia cơng 63 3.3.3 Trình tự gia cơng 64 Chương IV : Kết luận kiến nghị 80 LỜI CẢM ƠN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 LỜI NÓI ĐẦU Trước kinh tế nước ta kinh tế nông nghiệp túy, công nghiệp chưa phát triển Trong ngành khí chưa có vững bước chắn khẳng định mình, cịn lệ thuộc nhiều vào nước phát triển, máy móc hầu hết chi tiết máy phải nhập từ nước Hiện đất nước ta hội nhập giới, kinh tế có bước chuyển mạnh mẽ Có thành nhờ phần lớn vào phát triển khoa học kỹ thuật ngành khí thành phần Tuy nhiên ngành khí nước ta với xuất phát điểm thấp nên chưa đáp ứng đầy đủ nhu cầu đòi hỏi phát triển chung kinh tế khoảng cách xa so với nước phát triển giới Điều thể rõ qua đặc điểm chung hàng hóa khí Việt Nam là: Sự phụ thuộc nhiều vào hàng hóa nhập ngoại (kể chi tiết máy thay thế), khí chủ yếu lắp ráp sửa chữa Chính để đất nước có kinh tế phát triển mãnh mẽ ổn định ngành khoa học phải phát triển mạnh mẽ với mục đích hạn chế tối đa phụ thuộc bị động vào nước tiên tiến Muốn làm điều cần phải chế tạo sản phẩm có tính cơng nghệ cao điều kiện sở vật chất đất nước, tăng tính độc lập sản xuất chế tạo tránh lệ thuộc nhiều vào bên rút ngắn thời gian lãng phí khơng đáng có Xuất phát từ ý tưởng kết hợp với ứng dụng khoa học sử dụng phần mềm máy tính máy gia cơng điều khiển số để gia công mặt hàng thay ngành chế tạo máy cho hàng hóa nhập Trong khớp đẳng tốc RZEPPA kết đặc trưng cho trình nghiên cứu Trong phạm vi đề tài chúng tơi muốn trình bày tổng quan qua đặc điểm q trình thiết kế, chế tạo khớp đẳng tốc RZEPPA Toàn nghiên cứu luận văn trình bày chương phụ lục kèm theo : Chương : Giới thiệu tổng quan khớp đẳng tốc RZEPPA Chương giới thiệu nguồn gốc đời, ứng dụng, nguyên lý hoạt động cấu tao, khả gia công khớp đẳng tốc RZEPPA Chương : Phân tích, tính tốn lựa chọn phương án q trình gia cơng chi tiết khớp đẳng tốc RZEPPA Chương 3: Ứng dụng công nghệ CNC với điều kiện sở vật chất Việt Nam để chế tạo rãnh trượt bi khớp đẳng tốc RZEPPA Chương : Trình bày số kết luận đạt đề tài nghiên cứu đưa phương hướng nghiên cứu Phụ lục : Chương trình NC để gia cơng tinh rãnh cầu vỏ cầu số hình ảnh gia cơng chi tiết Chương I : TỔNG QUAN VỀ KHỚP ĐẲNG TỐC RZEPPA 1.1 Giới thiệu chung khớp đẳng tốc RZEPPA 1.1.1 Nguồn gốc đời khớp đẳng tốc RZEPPA Trong truyền động bánh trước ô tô sử dụng cấu truyền động khớp Cardan hay khớp chữ U góc hợp trục vào trục khớp lớn 15°(những lúc xe vào khúc cua lớn) xe bị rung, dao động theo chu kỳ đặc biệt cịn nguyên nhân cho biến thiên vận tốc trục trục vào Để khắc phục nguyên nhân địi hỏi phải có kiểu trục đời vào năm 1928, Alfred Hans Rzeppa kỹ sư làm việc công ty Ford Motor sáng chế loại khớp thay mà ông gọi “Ball-type universal joint ” (Hình 1.1) Nó không truyền mô men xoắn trục khuỷu mà với phiên đại thay đổi góc hợp phương hai trục trục vào lên đến 20° mà không mắc phải khuyết điểm cấu Cardan Từ người ta gọi cấu “Ball-type universal joint” : Khớp đẳng tốc Rzeppa Hình1.1 : Khớp đẳng tốc RZEEPPA 1.1.2 Vị trí, ưu khuyết điểm khớp đẳng tốc RZEPPA Khớp đẳng tốc loại cấu dùng để liên kết hai trục chuyển động quay trịn cắt nhau, mà trục chúng ln ln hợp với thành góc Điều đặc biệt cấu trình cấu làm việc góc hợp hai trục thay đổi tên gọi tỷ số truyền cấu ln không đổi Ngày khớp đẳng tốc dùng hầu hết xe ôtô, máy xúc…Khớp đẳng tốc dùng để truyền chuyển động mômen bánh trước với hộp giảm tốc Sau số hình ảnh mơ tả vị trí khớp đẳng tốc kết cấu truyền động bánh trước ôtô : Hình1.2 : Sơ đồ lắp ráp khớp đẳng tốc 69 Bước : Xác định đường Contour cho đường chạy dao AUTOCAD Hình 3.16 : Contour cho đường chạy dao AUTOCAD Trình tự gia cơng chúng tơi trình bày ngun cơng cuối q trình chế tạo vỏ cầu khớp đảng tốc RZEPPA Chính mà phơi chuẩn bị cho ngun cơng phay rãnh trượt bi có tồn bề mặt làm việc gia công tinh Cho nên trình xác định đường contour AutoCAD phải dựng lên bề ảo chi tiết cách thêm lượng dư vào cho bề mặt để bảo vệ bề mặt làm việc (cụ thể bề mặt bị dụng cụ cắt lẹm vào lòng cầu SR = 69.75+0,05 mm ) 70 Bước : Gọi vẽ đường Contour vào Master Cam X Sau có đầy đủ thông tin cần thiết đường contour biên dạng làm việc rãnh trượt bi vỏ cầu cần gia công xuất chúng vào chương trình MasterCam X Hình 3.17 : Contour cho đường chạy dao MasterCam 71 Bước : Khai báo thông số đầu vào thiết lập đường chạy dao: Hình 3.18 : Bảng thơng số dụng cụ 72 Hình 3.19 :Bảng kiẻu dụng cụ Ở khai báo dụng cụ cắt dao cầu có chứa thơng số thực dao sử dụng gia cơng Vì chất tạo hình trường hợp cắt theo contour hai dao Với đường kính dao đo thực tế ∅19.88 mm 73 Hình3.20 : Xác định đường chạy dao cho contour Hình 3.21 : Xác định đường chạy dao cho tất contour 74 Hình 3.22 : Chạy thử chương trình MasterCam X Bước : Xuất file NC Sau hoàn thiện xong tất bước thiệt lập chạy thử mô gia công MasterCam X phải xuất chương trình gia cơng file NC để trun sang máy gai cơng điều khiẻn số CNC Vì chương trình viết theo phương pháp giả 3D có trợ giúp máy tính chương trình NC dài, chúng tơi in hình ảnh đại diện thể thể file NC đề tài, cịn chương trình NC gia cơng tinh rãnh trượt bi vỏ cầu hoàn chỉnh in phần phụ lục đề tài 75 Tuy nhiên cách lập trình gia cơng nói phải sử dụng bề mặt ảo người lập trình dựng lên để bảo bề mặt gia công tinh nguyên công trước chi tiết Do q trình gia cơng có đoạn mà dụng cụ cắt chạy với chế độ cắt phơi, thực tế dụng cụ cắt chạy khơng khơng khí Ngồi cách lập trình lập trình theo đường contour nên ứng với contour lần xuống dao rút dao gốc (máy tự xác định) nhiều thời gian thừa ích cho q trình gia cơng Chính mà chương trình gia cơng NC chúng tơi có cho thêm vào bước gia cơng : “ Bước hiệu chỉnh chương trình NC “ Hình 3.23 : Chương trình gia cơng NC Bước : Hiệu chỉnh chương trình NC 76 Hình 3.24 : Đường chay dao trước hiệu chỉnh Bất kể chương trình lập trình máy đem vào sản xuất thực trình hiệu chỉnh luôn cần thiết Như ta thấy hình vẽ đường chạy dao cịn có phần bị lỗi người lập trình bị lỗi q trình gia cơng ngun nhân chương trình MasterCam X đọc bị lỗi Có nhiều cách để fix lỗi giải pháp mà lựa chọn sử dụng chương trình SIMCO V5.02 để sửa lỗi hiệu chỉnh đường chạy dao tăng tốc độ chạy dao không tốc độ chạy dao bề mặt ảo mà trình thiết kế phải cho thêm vào Với trình hiệu chỉnh thời gian gia công tinh rẵnh trượt bi giảm gần 50% cho chi tiết vỏ cầu 77 Hình 3.25 : Đường chay dao sau hiệu chỉnh Như hình vẽ 3.25 thấy rõ khơng cịn đường chạy dao hỏng số lần rút dụng cụ số lần xuống dụng cụ nhanh giảm lại đường (đường màu đỏ theo trục z hình vẽ 3.25) Sau có file NC hiểu chỉnh lưu lại xuất sang máy gia cơng chương trình SIMCO V5.02 Trong q trình xuất sang máy gia cơng chương trình SIMCO V5.02 kiểm tra lại lẫn lỗi cú pháp NC phát sinh trình hiệu chỉnh trình MasterCam X tính tốn 78 Hình 3.26 : Truyền liệu sang máy gia cơng c) Phay lỗ : Ngun cơng phay lỗ giống với ngun cơng phay thơ điểm khơng bị vướng vào bề mặt âm nên sử dụng ln chương trình MasterCam X để lập trình Mặt khác thơng số vận tốc chạy dao, bước tiến dao… thiết lập theo trình gia công tinh rãnh bi Ở đưa hình ảnh chạy dao ngun cơng : 79 Hình 3.27 : Khớp đẳng tốc RZEPPA Sản phẩm đạt sau q trình gia cơng : Hình 3.28 : Sản phẩm sau q trình gia cơng 80 Chương IV : CÁC KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận : Đề tài hướng, chọn phương pháp gia công hợp lý đối tượng cần nghiên cứu Quá trình nghiên cứu kết hợp chặt chẽ với sở sản xuất thu thập, học hỏi tài liệu khoa học tiên tiến từ nước ngồi Với phương pháp gia cơng chế tạo thành công khớp nối cầu đẳng tốc kiểu RZEPPA đưa vào sử dụng năm máy xúc SK100 WH04 công ty trách nhiệm hữu hạn Bình Lợi Địa 101 Ngõ 189 Đường Hồng Hoa Thám - Quận Ba Đình - Hà Nội Cho đến sau năm sử dụng chi tiết hoạt động tốt chưa thấy có biểu hư hỏng hay chất lượng so với hàng nhập ngoại Tuy nhiên điều kiện sở sản xuất nhiều hạn chế tiết chế tạo với phương pháp cịn có nhiều sai số nảy sinh thêm trình sản xuất, sai số gia công máy gia công điều khiển số đại hạn chế bớt, cịn phương pháp gia cơng đề tài để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật phải kiểm soát chặt chẽ Kiến nghị : Việc ứng dụng công nghệ CNC để chế tạo chi tiết khớp nối cầu kiểu RZEPPA thành cơng đạt tiêu kỹ thuật góp phần giải địi hỏi thực tế sản xuất phát huy nguồn lực nước cung ứng vật tư phụ tùng sửa chữa thay chi tiết máy địi hỏi tính cơng nghệ cao, bước thay phụ tùng hàng nhập ngoại, đem lại hiệu kinh tế kỹ thuật đáng kể cho ngành lĩnh vực sử dụng 81 Tuy nhiên để q trình ứng dụng cơng nghệ tiến tiến trở thành lực lượng sản xuất, cần tạo mạng lưới khoa học công nghệ sâu rộng hỗ trợ đạo quan quản lý nhà nước nhằm thực mục tiêu sau : - Cần có thêm sở, dự án chương trình chung cơng tác nghiên cứu sở sản xuất Tạo điều kiện cho việc phối hợp nhịp nhàng việc chế tạo thử vận hành sử dụng - Tiếp tục mở rộng phạm vi nghiên cứu đề tài (không dừng lại sản phẩm mà khuyến khích nghiên cứu chế tạo thêm sản phẩm thiết yếu khác) 82 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài, tác giả cảm ơn giúp đỡ tận tình đồng nghiệp, bạn bè người thân Đặc biệt người trực tiếp hướng dẫn tác giả thực đề tài TS.NGUYỄN HỒNG SƠN, giảng viên trường Đại học Giao Thông Vận Tải Hà Nội Những thảo luận TS sở khoa học để hoàn thành luận văn Tác giả xin chân bày tỏ cảm ơn khoa Cơ Khí trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giảng viên trường Đại học Bách Khoa Hà Nội số đơn vị khác giúp đỡ nhiều cho tác giả trình luận văn cao học Hà Nội, Ngày Tháng Năm 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Đinh Gia Tường, Tạ Khánh Lâm (1992), Nguyên lý máy tập1, NXB Giáo dục, Hà Nội PGS.TS Trần Vĩnh Hưng, Trần Ngọc Hiền (2006), Mastercam phần mềm thiết kế công nghệ CAD/CAM điều khiển máy CNC, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Chủ biên : PGS.PTS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.PTS Lê Văn Tiến (1995), Công nghệ chế tạo máy tập 1, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Chủ biên : PGS.PTS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.PTS Lê Văn Tiến (1995), Công nghệ chế tạo máy tập 2, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, PGS.TS Lê Văn Tiến, PGS.TS Trần Xuân Việt, PGS.TS Ninh Đức Tốn (2003), Sổ tay Công nghệ chế tạo máy , NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội GS.TS Nguyễn Đắc Lộc, Lưu Văn Nhang (2006), Hướng dẫn thiết kế đồ án công nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh F Schmelz, C.Seherr-Thoss, E Aucktor (1992), “ Universal joints and driveshafts-Analysis, design, applications “ D A Hills, D Nowell, A Sackfield (1993) Mechanics of elastic contacts Jesse Song (2000), “ Hertz stress variation of RZEPPA joint due to manufacturing inaccuracy”, Holland ... mặt cầu vỏ cầu 15 Hình1.10 : Vỏ cầu khớp đẳng tốc RZEPPA 1.3.2 Lõi cầu a) Cấu tạo : Lõi cầu tạo nên mặt cầu vát vòng xuyến lệch tâm với mặt cầu (Hình 1.11) Lõi cầu nối với trục vào cấu khớp. .. hai góc trục vào trục Các yêu cầu kỹ thuật nhằm thỏa mãn yêu cầu lắp ghép điều kiện kỹ thuật khớp nối cầu : đường nối tâm bi tâm khớp nối cầu luôn 18 đường phân giác góc tạo trục vào khớp nối trình... cơng nghệ 35 2.3.1 Tiến trình cơng nghệ gia cơng lõi cầu 35 2.3.2 Tiến trình cơng nghệ gia cơng vịng cách 38 2.3.3 Tiến trình cơng nghệ gia công vỏ cầu 41 Chương III : Ứng dụng công nghệ CNC để