Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu, thiết kế và tính toán cụm dao trên máy phay lăn răng CNC
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Tên đề tài:
Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu, thiết kế và tính toán cụm dao trên máy phay lăn răng CNC
-
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ ngày nay, kéo theo đó là sự ra đời của các robots, dây chuyền, máy móc tự động, hiện đại, chính xác,… như các loại máy CNC, robots công nghiệp, công nghệ vũ trụ,…
Việc áp dụng khoa học kỹ thuật, cơ khí hiện đại vào sản xuất, vào đời sống hàng ngày đã giúp con người nâng cao năng suất sản xuất, tiết kiệm thời gian cũng như chi phí. Đồng thời nó cũng giúp biến mọi chuyện trở nên đơn giản hơn…
Tuy nhiên để đảm bảo cho các thiết bị này hoạt động được, con người phải trải qua một quá trình dài bao gồm nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo thử nghiệm.
Ngay trong hi còn ngồi trên ghế nhà trường, để đảm bảo việc áp dụng lý thuyết vào thực tiễn thì bộ môn Công nghệ chế tạo máy cũng như các bộ môn khác đều có môn “Khóa luận tốt nghiệp”, nhằm giúp sinh viên thực hiện đề tài của mình, khẳng định và áp dụng những lý thuyết đã học vào đề tài đó.
Là sinh viên ngành Công nghệ chế tạo máy – Khoa Cơ khí Chế tạo máy, chúng em rất vinh dự khi được làm đề tài tốt nghiệp với tên đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và tính toán cụm dao trên máy phay lăn răng CNC”. Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Lê Hiếu Giang, thầy Đặng Minh Phụng, thầy Lê Linh, thầy Trương Bá Anh Đài, cũng như các thầy cô khác trong khoa Cơ khí Chế tạo Máy đã hỗ trợ, giúp đỡ cũng như kiểm tra trong việc thực hiện đề tài của nhóm.
NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN
-
LỜI CẢM ƠN
Trải qua hơn 10 tuần thực hiện đề tài thì nhóm đã hoàn thành một cách thành công, tốt đẹp nhất đề tài của mình. Để góp phần vào sự thành công đó, ngoài sự nỗ lực, quyết tâm thực hiện của các thành viên trong nhóm thì còn có sự giúp đỡ trực tiếp hay gián tiếp của bạn bè, thầy cô, người thân và gia đình.
Trước tiên, nhóm xin cảm ơn sự giúp đỡ về mọi mặt như dụng cụ, trang thiết bị, tài chính,… và cả động viên tinh thần của bạn bè – những người bạn đích thực của nhóm.
Tiếp theo nhóm cũng xin cám ơn sự hỗ trợ giúp đỡ về một số lý thuyết, kiến thức chuyên ngành cơ khí – kỹ thuật của các thầy cô thuộc khoa Cơ khí Chế tạo máy. Đồng thời, nhóm cũng xin cám ơn các thầy cô, cán bộ viên chức nhà trường đã giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện cho nhóm thực hiện đề tài.
Bên cạnh đó không thể nói đến sự giúp đỡ của giáo viên phản biện – thầy Hồ Viết Bình đã giúp nhóm chỉnh sửa và hoàn thiện đề tài của mình.
Góp phần lớn vào sự thành công của nhóm đã là sự giúp đỡ về mọi mặt của giáo viên hướng dẫn – PGS. TS Lê Hiếu Giang; ThS. Đặng Minh Phụng; ThS. Lê Linh và trung tâm tư vấn thiết kế và chế tạo thiết bị công nghiệp.
Cuối cùng, nhóm xin được gửi lời cảm ơn tới người thân và gia đình, những người đã luôn sát cánh bên nhóm trong mọi quãng đường.
Một lần nữa nhóm xin chân thành cảm ơn!
MỤCLỤC
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................................ 1
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................................. 2
TÓM TẮT ĐỀ TÀI ......................................................................................................................... 5
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ............................................................................................................ 6
- GIỚI THIỆU. ................................................................................................................... 6
II. TỔNG QUAN VỀ BÁNH RĂNG VÀ DAO PHAY LĂN RĂNG. ................................... 6
III. LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ GIA CÔNG BÁNH RĂNG................................................ 12
IV. TỔNG QUAN VỀ MÁY LĂN RĂNG. ......................................................................... 14
V. TỔNG QUAN VỀ MÁY LĂN RĂNG CNC. ................................................................. 16
CHƯƠNG II: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ................................................................................... 19
- CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA BÁNH RĂNG. ........................... 19
II. NHỮNG YẾU TỐ QUYẾT ĐỊNH ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÁY CNC. .............. 19
III. NGHIÊN CỨU CỦA NƯỚC NGOÀI: .......................................................................... 19
IV. NGHIÊN CỨU Ở TRONG NƯỚC:............................................................................... 19
CHƯƠNG III: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI.................................... 21
- TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .................................................................................. 21
II. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................................. 23
III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ................................................................ 23
IV. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI ....................................................................................................... 23
CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ PHẦN ĐẦU DAO ............................................................................... 24
- CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ TRỤC Y. .................................................................. 24
II. THIẾT KẾ KẾT CẤU PHẦN ĐẦU DAO...................................................................... 25
III. THIẾT KẾ TRỤC CHÍNH. ........................................................................................... 26
IV. THIẾT KẾ CỤM KẸP RÚT DAO................................................................................. 32
V. THIẾT KẾ CỤM THỦY LỰC CHỐNG TÂM............................................................... 34
VI. KIỂM BỀN PHẦN ĐẦU DAO SỬ DỤNG AUTODESK INVENTOR. ........................ 35
CHƯƠNG V: THÂN VÀ ĐỐI TRỌNG CỦA CỤM ĐẦU DAO ................................................... 38
- THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN THÂN CỦA CỤM ĐẦU DAO............................................. 38
II. KIỂM BỀN PHẦN THÂN SỬ DỤNG AUTODESK INVENTOR. ............................... 42
III. THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN ĐỐI TRỌNG CỦA CỤM ĐẦU DAO................................... 45
CHƯƠNG VI: CHỌN ĐỘNG CƠ VÀ CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG .............................................. 47
- CHỌN BỘ TRUYỀN, ĐỘNG CƠ CHO TRỤC CHÍNH. ............................................... 47
II. CHỌN BỘ TRUYỀN CHUYỂN ĐỘNG VÀ ĐỘNG CƠ CHO TRỤC Z. ...................... 76
III. CHỌN BỘ TRUYỀN CHUYỂN ĐỘNG VÀ ĐỘNG CƠ CHO TRỤC X. ..................... 86
IV. CHỌN BỘ TRUYỀN CHUYỂN ĐỘNG VÀ ĐỘNG CƠ CHO TRỤC Y. ..................... 91
V. CHỌN BỘ TRUYỀN CHUYỂN ĐỘNG VÀ ĐỘNG CƠ CHO TRỤC A. ..................... 97
CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN........................................................................................................ 105
PHỤ LỤC ................................................................................................................................... 110
1. Nhiệm vụ đề tài là gì?
TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Nhiệm vụ đề tài là phải nghiên cứu, thiết kế và tính toán cụm đầu dao trên máy phay lăn răng CNC.
2. Các công việc nhóm đã thực hiện:
Trải qua hơn 10 tuần thực hiện đề tài, nhóm đã lên kế hoạch cẩn thận để thực hiện đề tài. Các công việc nhóm đã trải qua bao gồm nghiên cứu các loại máy cùng loại đang có trên thị trường, tìm kiếm tài liệu hỗ trợ, lên phương án thực hiện, thiết kế sơ bộ cụm máy cần thực hiện, tính toán thiết kế chi tiết cụ thể, tính toán kiểm bền bằng phần mềm Autodesk Inventor
2015.
Kết hợp với 02 đề tài khác đó là vỏ đế và cụm gá phôi để liên kết số liệu, hoàn thành các bản vẽ lắp, các thông số kỹ thuật.
Mô phỏng hoạt động của máy phay lăn răng CNC.
3. Kết quả đạt được:
Kết thúc thời gian thực hiện đề tài nhóm đã hoàn thiện các nhiệm vụ đề tài đã nêu ra.
+ Nghiên cứu, thiết kế & tính toán cụm dao của máy phay lăn răng CNC.
+ Kiểm bền, mô phỏng hoạt động của cụm máy và toàn bộ máy.
+ Xuất bản vẽ gia công toàn bộ cụm máy.
4. Hướng phát triển:
Qua sự đóng góp của Hội đồng, nhóm sẽ hiệu chỉnh và hoàn thiện, tối ưu hóa cụm máy để có thể gia công, chế tạo, lắp ráp thành máy phay lăn răng CNC hoàn chỉnh.
- GIỚI THIỆU.
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
Để thực hiện được mục tiêu trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại vào năm
2020, một trong những nhiệm vụ trọng tâm là phải tạo đột phá cho ngành cơ khí. Công nghiệp cơ khí là ngành công nghiệp then chốt, là nền tảng cho sự phát triển kinh tế. Ngành cơ khí phát triển sẽ trực tiếp kéo theo sự phát triển các ngành công nghiệp phụ trợ khác như ô tô, tàu thủy, dầu khí… Chính vì vậy, các ngành phục vụ cho công cuộc đổi mới và phát triển này đang được quan tâm một cách tích cực. Tập trung vào giáo dục, đào tạo nguồn nhân lực là một phương tiện để thúc đẩy nhanh quá trình này. Ở Việt Nam, số trường đào tạo ngành cơ khí là rất nhiều, tuy nhiên số lượng máy phay lăn răng CNC là rất ít, gây khó khăn trong việc giảng dạy phay bánh răng bằng phương pháp bao hình. Bên cạnh đó, các doanh nghiệp cũng rất cần một dòng sản phẩm máy phay lăn răng với giá thành hợp lý, sản xuất trong nước để đảm bảo về khâu bảo trì, bảo dưỡng. Sản phẩm làm ra sẽ phục vụ cho giáo dục, công tác đào tạo và cung cấp cho các cơ sở gia công. Việc sở hữu công nghệ phay lăn răng CNC sẽ là bước đệm, sẽ mở ra hướng đi rộng hơn trong đào tạo nhân lực và máy móc thiết bị chỉ có thể phát huy tối đa hiệu quả bởi đội ngũ lao động có trình độ kỹ thuật
Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là trong lĩnh vực gia công cơ khí thì máy CNC phải đạt độ chính xác cao, tính ổn định, năng suất cao. Trong tương lai, máy phay CNC sẽ được dùng nhiều trong các xí nghiệp, phân xưởng, nhà máy trong nước. Vì nó đem lại hiệu quả kinh tế rất cao, phù hợp với sản xuất số lượng lớn. Tuy nhiên, chúng ta khó có thể tiến hành sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa bằng máy móc, thiết bị của nước ngoài vì giá máy móc, thiết bị nhập từ nước ngoài rất cao. Mà chúng ta phải tạo sự chủ động trong công nghệ, tạo nền tảng vững chắc cho sự nghiệp phát triển.
Bên cạnh đó, một nguồn tư liệu giá trị khác chính là những máy phay CNC đã được chế tạo cả trong và ngoài nước, bằng cách tham khảo những nghiên cứu đó để làm cơ sở sáng tạo cho đề tài mà nhóm đang thực hiện.
II. TỔNG QUAN VỀ BÁNH RĂNG VÀ DAO PHAY LĂN RĂNG.
1. Tổng quan về bánh răng.
1.1. Khái niệm.
- Bánh răng là một trong những chi tiết truyền động quan trọng và phổ biến nhất của ngành cơ khí.
- Bánh răng là cơ cấu có khớp loại cao dùng để biến đổi loại truyền chuyển động theo nguyên tắc ăn khớp trực tiếp giữa hai khâu. Truyền động bánh răng thực hiện truyền chuyển động và tải trọng nhờ sự ăn khớp giữa các răng hoặc thanh răng.
1.2. Phân loại bánh răng.
Truyền động bánh răng được phân loại theo các đặc điểm về hình học và chức năng.
- Truyền động giữa các trục song song: bánh răng trụ bánh răng thẳng (hình 1.1 a), răng nghiêng (hình 1.1- b) răng chữ V (hình 1.1 c), ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong dùng để truyền động.
Hình a. Hình b. Hình c.
Hình 1.1: Truyền động bánh răng thẳng.
- Truyền động bánh răng côn răng thẳng (hình 1.2 a), răng cong hoặc răng nghiêng
(hình 1.2 b) dùng để truyền động giữa các trục cắt nhau.
Hình a. Hình b.
Hình 1.2: Truyền động bánh răng côn.
- Truyền động giữa các trục chéo nhau: như bánh răng trụ răng xoắn (hình 1.3a), trục vít - bánh vít (hình 1.3 b).
Hình 1.3 a. Hình 1.3 b.
Hình 1.3: Truyền động giữa các trục chéo nhau.
- Truyền động bánh răng - thanh răng dùng để đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến hoặc ngược lại ( Hình 1.4).
Hình 1.4: Truyền động thanh răng – bánh răng.
Theo đặc trưng của chuyển động của trục mang bánh răng có:
- Truyền động thường.
- Truyền động hành tinh.
Theo vị trí tương đối của hai tâm quay đối với tiếp tuyến với hai đường tròn lăn tại điểm tiếp xúc giữa hai vòng này:
- Bánh răng ngoại tiếp: tâm quay của hai bánh răng nằm ở hai phía của đường tiếp tuyến.
- Bánh răng nội tiếp: tâm quay của hai bánh răng ở về một phía của đường tiếp tuyến.
Theo hướng răng trên bánh răng:
- Bánh răng thẳng.
- Bánh răng nghiêng.
- Bánh răng xoắn.
- Bánh răng cong.
Theo đường cong dùng làm biên dạng của răng:
- Bánh răng thân khai.
- Bánh răng xyclôit.
- Bánh răng Nôvikôv.
Ngoài ra, bánh răng còn có thể chia thành bánh răng có tỷ số truyền không đổi và thay đổi (bánh răng không tròn) theo quy luật nhất định; bánh răng trong truyền động kín (trong
hộp giảm tốc; hộp tốc độ; hộp chạy dao) và truyền động hở; bánh răng trong bộ truyền lực (dùng để truyền công suất là nhiệm vụ chủ yếu) và trong bộ truyền động học (truyền chuyển động đảm bảo tỷ số truyền chính xác là nhiệm vụ chủ yếu); bánh răng trong bộ truyền giảm tốc và tăng tốc; bánh răng phẳng và bánh răng không gian.
1.3. Các thông số hình học chủ yếu của bộ truyền bánh răng trụ.
Hình 1.5: Thông số hình học của bộ truyền bánh răng thẳng.
- Số răng của bánh răng: Z1, Z2.
- Tỷ số truyền: i = =
- Bước răng trên vòng chia : t (mm)
- Môđun ăn khớp: m = là thông số cơ bản về kích thước của răng, được tiêu chuẩn hoá.
- Đường kính vòng đỉnh răng: De = D + 2m
- Đường kính vòng chân răng: Di = D – 2,5m
- Khe hở của răng: Co = 0,25m
- Đường kính vòng lăn : d1 = m.Z1 ; d2 = m.Z2
- Khoảng cách trục : A =
- Góc ăn khớp: α = 20o
D1 ± D2
= m.(Z1 ± Z2
- Đường kính vòng cơ sở: d0 = d.cosα
- Tổng quan về dao phay lăn răng.
- Dao phay lăn răng hay còn gọi là dao phay lăn răng trục vít dùng để cắt bánh răng theo phương pháp bao hình, dựa trên nguyên lý ăn khớp giữa bánh vít với trục vít. Thực chất, dao phay lăn răng là một trục vít trên đó có chế tạo các rãnh để tạo ra mặt trước của răng và các lưỡi cắt. Để tạo ra góc sau, mặt sau của răng dao được hớt lưng theo đường cong Acsimet. Dao phay lăn răng có một hoặc nhiều đầu mối. Dao một đầu mối bảo đảm độ chính xác gia công cao nên dùng để gia công tinh. Dao có hai hay nhiều đầu mối cho năng suất cắt cao nên dùng trong gia công thô bánh răng.
- Dao phay lăn răng là dụng cụ gia công răng được dùng nhiều phổ biến, nó dùng để gia công bánh răng ăn khớp ngoài (và một phần cho bánh răng ăn khớp trong) răng thẳng, răng nghiêng (răng xoắn), bánh răng chữ V và còn để gia công bánh vít nữa.
Hình 1.6: Dao phay lăn răng.
- Dạng profin răng dao phay phụ thuộc vào dạng profin của bánh răng gia công, vì vậy dạng profin của răng dao phay có thể là thân khai xyclôit, Nôvicôp...vv
- Phân loại:
Dựa vào số đầu mối dao phay lăn răng phân thành:
+ Dao phay lăn răng một đầu mối.
+ Dao phay lăn răng nhiều đầu mối.
Dựa vào dạng profin của trục vít người ta phân biệt:
+ Dao phay lăn Acsimet.
+ Dao phay lăn răng Côvôliut.
+ Dao phay lăn thân khai.
Dựa vào kết cấu của dao phay lăn được phân thành hai loại:
+ Dao phay lăn nguyên khối chuôi rời hoặc chuôi liền, ở loại này dao phay được chế tạo từ một phôi hoàn chỉnh.
+ Dao phay ghép được chế tạo để cắt các loại bánh răng có mô đun lớn (m > 10 mm).
- Kết cấu của dao phay trục vít:
Trong đó:
Hình 1.7: Kết cấu dao phay lăn răng.
Deu - Đường kính ngoài của dao.
P - Chiều dày nhỏ nhất của thân dao.
HK - Chiều sâu rãnh chứa phoi (mm).
d - Đường kính lỗ gá dao.
t'1 - Kích thước rãnh then theo tiêu chuẩn (mm).
L - Chiều dài tổng cộng của dao.
β - Góc nghiêng của rãnh dọc.
III. LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ GIA CÔNG BÁNH RĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHAY LĂN RĂNG.
- Nguyên lý phay lăn răng.
Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý phay lăn răng.
- Phay lăn răng là phương pháp thực hiện theo nguyên lý bao hình đó là phương pháp sản xuất bánh răng rất phổ biến, phương pháp này cho độ chính xác và năng suât rất cao.
- Dụng cụ cắt là dao phay lăn răng dạng trục vít thân khai. Quá trình gia công được thực hiện trên máy chuyên dùng. Trong đó, dao và phôi thực hiện sự ăn khớp của bộ truyền trục vít bánh vít. Quá trình ăn dao là liên tục, máy không cần thiết bị đổi chiều phức tạp, cũng không cần cơ cấu phân độ giống như đầu phân độ của máy phay vạn năng bình thường. Từ đó thời gian phục vụ liên quan đến đổi chiều hay phân độ được loại trừ.
- Sự ăn khớp của dao phay lăn và bánh răng gia công phải đảm bảo cho bước răng của cặp ăn khớp ở mặt phẳng pháp tuyến tn = π.m góc ăn khớp của cả cặp trong mặt phẳng
pháp tuyến α = 20o tỷ lệ tốc độ gốc bằng tỉ số vòng quay của cả cặp và ngược với tỷ lệ số
răng của chúng, nghĩa là: = =
Với ωd, nd, Zd - tốc độ góc, số vòng quay, số răng của dao.
ωc , nc, Zc - tốc độ góc, số vòng quay, số răng của bánh răng.
- Phay lăn răng thẳng.
- Khi quá trình phay được thực hiện thì dao sẽ quay nd vòng tương ứng với chi tiết quay np vòng. Lúc ấy khi dao quay 1/k vòng thì chi tiết quay 1/Z vòng phôi.
Với: k: là số đầu mối của dao.
Z: là số răng của bánh răng cần gia công
- Tương ứng với chuyển động quay của dao và phôi thì đầu dao sẽ thực hiện chuyển động tịnh tiến đứng S1 để cắt hết chiều dày của bánh răng. Chuyển động tiến đứng S1 này nhanh hay chậm tùy thuộc vào tốc độ cắt của dao phay lăn. Trước khi cắt, dao còn có chuyển động hướng kính sao cho vòng lăn của dao tiếp xúc với vòng lăn của phôi, điều này đảm bảo cho gia công đạt chiều sâu của rãnh răng.
- Khi phay răng thẳng, do dao phay có dạng trục vít nên có góc nâng ren, vì vậy ta phải gá dao sao cho trục của dao nghiêng 1 góc α so với mặt đầu của chi tiết gia công, góc α này bằng với góc nâng ren của đường xoắn ốc ren trục vít. Dao phay gá nghiêng về phía nào tùy thuộc vào hướng nghiêng của răng dao.
- Với dao phay có số đầu mối zd cho trước, để gia công bánh răng thẳng có zc răng, từ biểu thức (1) ta có thể chọn số vòng quay nd và nc thích hợp cho dao và phôi. Đối với máy phay lăn răng điều khiển số công việc này được thực hiện tự động thông qua nhập số răng zc từ bàn phím.
Hình 1.9: Gá dao nghiêng hướng trái. Hình 1.10: Gá dao nghiêng hướng phải.
- Phay lăn răng nghiêng.
- Khi phay bánh răng nghiêng thì nguyên lý cũng giống như bánh răng thẳng nhưng phải gá trục dao lệch đi một góc ω, ω = β ± α.
Với: β: là góc nghiêng của bánh răng. α: là góc nâng ren của trục dao.
Dấu (-) khi dao và chi tiết cùng chiều nghiêng. Dấu (+) khi dao và chi tiết ngược chiều nghiêng.
