Bài giảng Dụng cụ cắt 1 - Chương 7: Gia công răng

Nội dung text: Bài giảng Dụng cụ cắt 1 - Chương 7: Gia công răng

1. Chương 7: GIA CÔNG RĂNG (Gear machining) §7.1- ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH CẮT BIÊN DẠNG RĂNG §7.2- Gia c«ng RĂNG b»ng dao phay m« ®uyn §7.3- Gia c«ng RĂNG b»ng dao phay lĂn trôc vÝt §7.4- Gia c«ng RĂNG b»ng dao xäc RĂNG 1
2. §7.1- ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH CẮT BIÊN DẠNG RĂNG Specifications of a gear cutting process Theo c¸ch hình thµnh prr«fin răng, viÖc gia c«ng răng ®­îc chia lµm hai ph­¬ng ph¸p: Định hình và Bao hình. Tuy nhiên, cả hai ph­¬ng ph¸p gia c«ng răng ®Òu cã những ®Æc ®iÓm sau: - DiÖn tích c¾t lu«n thay ®æi theo tõng răng vµ cã nhiÒu răng cïng tham gia c¾t. Do ®ã, lùc c¾t lín vµ lu«n thay ®æi. - Tèc ®é c¾t thay ®æi theo tõng ®iÓm trªn l­ìi c¾t. - L­ìi c¾t cã biªn d¹ng phøc t¹p, c¸c chuyÓn ®éng trong qu¸ trình c¾t còng rÊt phøc t¹p nªn c¸c th«ng sè hình häc cña dao trong qu¸ trình c¾t th­êng kh«ng ®¹t trÞ sè hîp lý. - Dao ®ßi hái ph¶i cã ®é chÝnh x¸c cao, ®¾t tiÒn, tuæi bÒn lín. 2
3. §7.1- ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH CẮT BIÊN DẠNG RĂNG 7.1.1 Phương pháp định hình. (Form - copying method) Sơ đồ cắt răng bằng dao phay đĩa môđun (a) và dao phay vấu môđun (b) Cutting diagrams by gear-tooth side milling (a) & gear - tooth end mill (b) 3
4. §7.1- ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH CẮT BIÊN DẠNG RĂNG 7.1.1. Phương pháp định hình.(Forming/copying method) -Là PP gia công răng bằng DCC có hình dáng lưỡi cắt chính gần giống với biên dạng rãnh giữa hai hoặc nhiều răng của bánh răng cần gia công. - Khi cắt răng theo PP này, thường có các chuyển động sau: + Chuyển động cắt chính- do dao đảm nhận. + Chuyển động phân độ của phôi. + Chuyển động chạy dao – do dao hoặc phôi đảm nhận. + Chuyển động để cắt hết chiều sâu rãnh răng cần gia công. -Ưu điểm: + Thực hiện quá trình cắt đơn giản, trên các máy vạn năng + với m ≥ 10; PP này chiếm ưu thế. -Nhược điểm: + Năng xuất thấp + Độ chính xác thấp (trừ chuốt răng) -Phạm vi sử dụng: + Gia công bánh răng trong sx đơn chiếc, loạt nhỏ những bộ truyền có độ cx thấp. + Gia công BR có với m ≥ 10. + Gia công BR chữ V không có rãnh thoát dao. 4
5. §7.1- ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH CẮT BIÊN DẠNG RĂNG 7.1.2. Phương pháp bao hình. (Generating method) Sơ đồ cắt răng bằng dao phay lăn trục vít Cutting diagram by hobs 5
6. §7.1- ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRÌNH CẮT BIÊN DẠNG RĂNG 7.1.2. Phương pháp bao hình. (Generating method) -Là PP gia công răng mà biên dạng răng của bánh răng cần gia công được hình thành nhờ đường bao các vị trí liên tiếp các lưỡi cắt của dao. Như vậy, lưỡi cắt chính của dao có thể giống & không giống biên dạng răng của BR gia công. - Khi cắt răng theo PP này, thường có các chuyển động sau: + Chuyển động cắt chính- do dao đảm nhận + Chuyển động quay của phôi có liên kết động học với chuyển động quay của dao; tạo thành chuyển động bao hình phân độ. + Chuyển động chạy dao dọc theo trục phôi – do dao hoặc phôi đảm nhận- để cắt hết bề rộng bánh răng + Chuyển động để cắt hết chiều sâu rãnh răng cần gia công. -Ưu điểm: + Năng xuất cao + Chất lượng không phụ thuộc vào số răng. -Nhược điểm: + Chi phí dao & máy đắt + Tính toán điều chỉnh máy phức tạp -Phạm vi sử dụng: Được sử dụng rộng rãi để chế tạo bánh răng 6
7. §7.2- Gia c«ng răng b»ng dao phay m« ®un (Grear cutting by gear –tooth side milling cutters) 7.2.1. Kết cấu của dao phay đĩa mô đun. (the structure of a gear-tooth side milling) Tính biên dạng khi gia công BR thẳng: Bao gåm hai phÇn: - PhÇn lµm viÖc cã d¹ng cung th©n khai.(BC) - PhÇn chuyÓn tiÕp.(O1B) Phương trình đường thân khai trong hệ tọa độ cực là: r0 rx cos x  x tg x x inv x Trong ®ã: rx - b¸n kÝnh vect¬ t¹i mét ®iÓm bÊt kú trªn ®­êng th©n khai. ro - b¸n kÝnh vßng trßn c¬ së cña ®­êng th©n khai. - gãc ¸p lùc. x 7 x - gãc th©n khai.
8. §7.2- Gia c«ng răng b»ng dao phay m« ®un (Grear cutting by gear –tooth side milling cutters) 7.2.1. Kết cấu của dao phay đĩa mô đun. (the structure of a gear-tooth side milling) To¹ ®é cña mét ®iÓm M(x,y) bÊt kú: x rx .sin x r r r 0 x e  x 0  x y rx .cos x r r cos 0 arccos 0 x x  inv rx rx x x Mặt khác: 0 inv 0 tg 0 0 &0  g 0 S .m g Mµ :  g Wg Sg 2 2.rg Thay vào trên có: .m .m  g  g 4.rg 2.Dg 2.Z 2.Z ; Do đó:  inv  x inv x inv 0 0 2.Z 0 2.Z Sau khi tÝnh ®­îc x theo radian vµ ®æi ra ®é sÏ tÝnh ®­îc täa ®é cña ®iÓm M. 8
9. §7.2- Gia c«ng răng b»ng dao phay m« ®un (Grear cutting by gear –tooth side milling cutters) 7.2.1. Kết cấu của dao phay đĩa mô đun. (the structure of a gear-tooth side milling) Tính biên dạng khi gia công BR nghiêng: Xét trong MP pháp tuyến N-N tại tâm ăn khớp của cặp BR nghiêng với đường răng trên mặt trụ chia, hình cắt sẽ là hình elip; như vậy có thể xem sự ăn khớp khi này xảy ra giữa hai BR thẳng & dao phay đĩa mô đun đang gia công 1 BR thẳng có bán kính vòng chia: a2 Rtđ b Trong đó: a- bán trục lớn của elip& a= rg/cosω b- bán trục nhỏ của elip & b = r 2 g a r Khi đó có: Rtđ g b cos2  Các thông số của BR tương đương này được dùng để tính toán hình dáng dao hoặc chọn số hiệu dao để cắt răng; với các chú ý sau: - mtđ= mn= ms* cosω Với: mn- mô đun pháp của BR nghiêng; ms- mô đun mặt đầu BR nghiêng; - Khi đó: Z 9 Ztđ cos3 
10. §3 - Gia c«ng rĂng b»ng dao phay lĂn trôc vÝt Gear Cutting by Hobs + ĐÆc ®iÓm chung: - Ph­¬ng ph¸p gia c«ng Theo ph­¬ng ph¸p bao hình dùa trªn nguyªn lý ăn khíp giữa b¸nh răng víi trôc vÝt. - KÕt cÊu dao phay lăn răng Thùc chÊt, dao phay lăn răng lµ mét trôc vÝt, trªn ®ã cã chÕ t¹o c¸c r·nh xo¾n ®Ó t¹o ra mÆt tr­íc cña răng vµ c¸c l­ìi c¾t. ĐÓ t¹o ra gãc sau, mÆt sau cña răng dao ®­îc hít l­ng theo ®­êng xo¾n AcximÐt. Dao phay lăn cã thÓ sö dông mét hoÆc nhiều ®Çu mèi. + Kh¶ năng c«ng nghÖ Cho ®é chÝnh x¸c gia c«ng cao, dïng ®Ó gia c«ng b¸nh răng trô ăn khíp ngoµi, b¸nh vÝt, b¸nh răng chữ V & 1 phần bánh răng ăn khớp trong 10
11. DAO PHAY LĂN RĂNG 11
12. CHUYỂN ĐỘNG KHI PHAY LĂN RĂNG 12
13. 7.3.1- KÕt cÊu cña dao phay lăn trôc vÝt 1) Đ­êng kÝnh ngoµi: Đ­êng kÝnh ngoµi cña dao phay lăn trôc vÝt ph¶i b¶o ®¶m c¸c ®iÒu kiÖn sau: - Đé chÝnh x¸c , độ nhẵn bề mặt sau gia c«ng - Đé bÒn cho răng dao - Năng suÊt c¾t cao. - TiÕt kiÖm vËt liÖu 13
14. 2) Đ­êng kÝnh vßng chia (Dtbtt): Cßn gäi lµ ®­êng kÝnh trung bình tÝnh to¸n. Đã lµ ®­êng kÝnh trung bình quy ­íc, lµ c¬ së ®Ó thiÕt kÕ dao phay lăn răng; được xác định trong tiết diện tính tóan là tiết diện cách mặt trước dao σ*tov= (0.1- 0.25)*tov. 14
15. ' Dtt tÝnh theo c«ng thøc: Dtbtt De 2h u 2..K Trong ®ã: h’u - chiÒu cao ®Çu răng cña pr«fin răng dao, mm. .D K - l­îng hít l­ng, mm. K e tg Z e Chó ý: Đèi víi dao phay lăn răng cã mµi l¹i profin, th­êng chØ tiÕn hµnh trªn 2/3 chiÒu réng l­ng răng. Khi ®ã ph¶i hít l­ng răng dao theo hai trÞ sè hít l­ng: - PhÇn cÇn mµi profin theo trÞ sè K - PhÇn kh«ng mµi theo K1 = (1.2-1.8).K * ¦u ®iÓm: - Tho¸t ®¸ khi mµi hít l­ng vµ tr¸nh ®­îc hiÖn t­îng (yªn ngùa) trªn l­ng răng - TiÕt kiÖm vËt liÖu ®¸ mµi vµ thêi gian mµi l­ng răng. Khi đó: chiều cao của rãnh răng dao được xác định theo công thức: K K H h 1 r K u 2 Trong đó: hu- chiều cao toàn răng dao r – bán kính góc lượn chân răng 15
16. 3) ChiÒu dµi dao L: ChiÒu dµi dao phay lăn răng ph¶i tho¶ m·n c¸c yªu cÇu: 1. Đñ chiÒu dµi t¹o hình c¸c răng cña b¸nh răng gia c«ng; l1 = K1K2 . cos 0 2. жm b¶o c¾t s¬ bé l­îng d­ cÇn thiÕt, tr¸nh hiÖn t­îng qu¸ t¶i ë c¸c răng t¹o hình ®Çu tiªn. 3. Tăng tuæi thä cho dao b»ng c¸ch dÞch chuyÓn dao däc trôc g¸ hoÆc xoay dao khi th¸o ch¹c ph©n ®é. 4. жm b¶o c¸c răng ngoµi cïng trªn mÆt ®Çu dao kh«ng tham gia c¾t. Chú ý: VÞ trÝ giíi h¹n cña ®iÓm K1 khi Z b»ng v« cïng lµ ®iÓm K’1 khi ®ã: l1 = h . cotg o (h – chiÒu cao răng cña b¸nh răng cÇn c¾t, mm; o - gãc profin b¸nh răng). Tổng lượng tăng tối thiểu của các yêu cầu 2,3,4 là: 2 m 5. Trªn hai mÆt ®Çu cña dao ®­îc chÕ t¹o hai vµnh gê cã chiÒu réng b»ng 3  5mm. C¸c vßng gê nµy ®­îc chÕ t¹o chÝnh x¸c vµ dïng ®Ó lµm chuÈn kiÓm tra ®é ®¶o đường kính ngoài cña dao khi l¾p trªn m¸y phay răng. Nh­ vËy, chiÒu dµi tæng céng cña dao phay lăn trôc vÝt lµ: L = h . cotg o + 2 m + (6  10), mm 17
17. S¬ ®å x¸c ®Þnh chiÒu dµi dao phay lăn răng 18
18. GÓC GÁ DAO 19
19. §7.4- GIA CÔNG RĂNG BẰNG DAO XỌC RĂNG Gear cutting by Reciprocating Tools Dao xäc răng dïng ®Ó c¾t b¸nh răng theo ph­¬ng ph¸p bao hình, dùa trªn nguyªn lý ăn khíp giữa b¸nh răng víi b¸nh răng. Cã thÓ c¾t ®­îc b¸nh răng trô răng th¼ng, răng xo¾n (ăn khíp ngoµi vµ ăn khíp trong), c¾t khèi b¸nh răng, b¸nh răng cã bËc, b¸nh răng chữ V. Các chuyển động cắt trong quá trình xọc răng gồm có: - ChuyÓn ®éng c¾t chÝnh lµ chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn khø håi cña dao xäc, däc theo trôc cña b¸nh răng gia c«ng. - ChuyÓn ®éng bao hình ph©n ®é lµ chuyÓn ®éng quay trßn cña dao xäc quanh trôc cña nã cã liªn kÕt ®éng häc víi chuyÓn ®éng quay trßn cña ph«i. - ChuyÓn ®éng ch¹y dao h­íng kÝnh lµ chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cña dao xäc h­íng vµo t©m ph«i ®Ó c¾t hÕt chiÒu cao răng b¸nh răng. - ChuyÓn ®éng nh­êng dao lµ chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn khø håi cña ph«i t­¬ng øng víi chuyÓn20 ®éng tÞnh tiÕn khø håi cña dao xäc do cam cña m¸y xäc răng thùc hiÖn.
20. §7.4- GIA CÔNG RĂNG BẰNG DAO XỌC RĂNG Gear cutting by Reciprocating Tools 7.4.1- KÕt cÊu dao xäc răng: Structure of Reciprocating tools Däc xäc răng nhìn bÒ ngoµi ®­îc xem nh­ mét b¸nh răng côn (răng th¼ng hoÆc xo¾n). Trªn ®ã ®­îc hình thµnh mÆt tr­íc lµ mÆt c«n cã trôc ®ång trôc víi trôc dao xäc & mÆt sau còng lµ mÆt c«n, do khi t¹o hình răng dao xäc, dông cô c¾t chuyÓn ®éng theo ph­¬ng hîp víi trôc dao xäc mét gãc α,®Ó t¹o thµnh gãc sau ë ®Ønh αe >0. Cũng do chuyển động này mặt bên của răng dao là mặt xoắn vít thân khai, tạo thành góc sau trên lưỡi cắt bên. Các lưỡi cắt là giao tuyến của các bề mặt nêu trên. 21
21. §7.4- GIA CÔNG RĂNG BẰNG DAO XỌC RĂNG Gear cutting by Reciprocating Tools 7.4.1- KÕt cÊu dao xäc răng: Structure of Reciprocating tools 1) Góc cắt của dao xọc: + Góc trước:  = 50 + Góc trước ở mặt bên xét trong tiết diện pháp tại điểm A: tg NA = tg  . sin A Ở đây: A – Góc áp lực răng dao tại điểm A & Ro R0- Bán kính vòng cơ sở dao xọc cos A RA – Bán kính vòng tròn ứng với điểm khảo sát x. RA X-X Z N A  Y A A X X N-N N Z  NA B X 22
22. §7.4- GIA CÔNG RĂNG BẰNG DAO XỌC RĂNG Gear cutting by Reciprocating Tools 7.4.1- KÕt cÊu dao xäc răng: Structure of Reciprocating tools 1) Góc cắt của dao xọc: + Góc sau ở đỉnh: α = 60 + Góc sau ở mặt bên xét trong tiết diện pháp: tg αN = tg α . sin u Ở đây: u – Góc profin thanh răng dụng cụ tg + Góc profin thanh răng dao xọc: tg 0 u 1 tg .tg - N-N Z b B Z N A a'' a' Y Z Z bd d P   b  N a y a' a' X c  N  b X h Y h P A N X M u e Y a 0 23 
23. §7.4- GIA CÔNG RĂNG BẰNG DAO XỌC RĂNG Gear cutting by Reciprocating Tools 7.4.1- KÕt cÊu dao xäc răng: Structure of Reciprocating tools 2) Kích thước chung dao xọc: + Đường kính vòng chia: Víi dao xäc răng, viÖc tạo hình pr«fin răng dao ®Òu cïng b»ng mét d¹ng sinh cña thanh răng dông cô, øng víi mét vßng c¬ së. Do ®ã, khi sè răng vµ m«®un cña dao ®· x¸c ®Þnh, gãc ăn khíp giữa thanh răng dông cô víi dao xäc răng kh«ng ®æi khi dÞch chuyÓn thanh răng dông cô vµo gÇn hay lïi xa t©m dao xäc răng, nªn t¹i bÊt kú tiÕt diÖn vu«ng gãc víi trôc dao ®Òu cã ®­êng kÝnh vßng chia nh­ nhau vµ ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc: Dg = m *Zu = const Ở đây: m vµ Zu lµ m«®un vµ sè răng cña dao xäc. Trong khi ®ã, ®­êng kÝnh vßng ®Ønh (De), ®­êng kÝnh vßng ch©n (Di) gi¶m dÇn theo chiÒu tõ mÆt tr­íc ®Õn mÆt tùa cña dao. Đ­êng kÝnh vßng chia ®­îc quy ®Þnh theo tiªu chuÈn, bao gåm c¸c trÞ sè sau: 25, 38, 50, 75, 100, 125, 160 vµ 200mm. Khi tính toán phải chọn đường kính vòng chia thực tế sai khác ít nhất với đường kính vòng chia tiêu chuẩn. 24
24. §7.4- GIA CÔNG RĂNG BẰNG DAO XỌC RĂNG Gear cutting by Reciprocating Tools 2) Kích thước chung dao xọc: - Chiều cao dao xọc: T¹i tiÕt diÖn II-II cã kho¶ng dÞch chØnh cña thanh răng b»ng 0, tøc lµ m = 0. TiÕt diÖn nµy ®­îc gäi lµ tiÕt diÖn khëi thñy. KÝch th­íc răng dao xäc t¹i tiÕt diÖn khëi thñy ®­îc tÝnh nh­ kÝch th­íc cña b¸nh răng tiªu chuÈn. T¹i tiÕt diÖn mÆt ®Çu I-I cã kho¶ng dÞch chØnh d­¬ng cña thanh răng m > 0. cßn ë tiÕt diÖn III-III cã kho¶ng dÞch chØnh ©m: m < 0. Nh­ vËy kho¶ng dÞch chØnh cña d¹ng khëi thñy thanh răng gi¶m dÇn tõ tiÕt diÖn mÆt ®Çu I-I ®Õn tiÕt diÖn III-III, t¹o thµnh gãc sau ë ®Ønh vµ gãc sau ë mÆt bªn. BiÕt kÝch th­íc răng trong tiÕt diÖn khëi thñy cã thÓ x¸c ®Þnh kÝch th­íc răng ë c¸c tiÕt diÖn kh¸c. Kho¶ng c¸ch a tõ tiÕt diÖn khëi thñy ®Õn tiÕt diÖn mÆt ®Çu I - I lµ kho¶ng c¸ch khëi thñy, ®­îc tÝnh theo c«ng thøc:  max * m a u tg Tăng kho¶ng c¸ch khëi thñy a sÏ tăng sè lÇn mµi l¹i cho phÐp, do ®ã tăng tuæi thä cña dao, tr¸nh ®­îc hiÖn t­îng 25 c¾t lÑm ch©n răng ë b¸nh răng gia c«ng; Nh­ng nÕu tăng a qu¸ lín sÏ xÈy ra hiÖn t­îng nhän ®Ønh răng cña dao.