Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ truyền trục vít – bánh vít trên máy CNC

Nội dung text: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ truyền trục vít – bánh vít trên máy CNC

1. Tạp chí Đại học Công nghiệp NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN TRỤC VÍT – BÁNH VÍT TRÊN MÁY CNC Trần Xuân Tùy* Hồ Thanh Hoàng TÓM TẮT Bài báo này trình bày phương pháp tính toán, thiết kế và gia công bộ truyền trục vít-bánh vít trên máy CNC. Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor 2010 để thiết kế bộ truyền trục vít - bánh vít. Từ dữ liệu thiết kế thực hiện việc lập trình và mô phỏng gia công bộ truyền bằng phần mềm Mastercam X5. Sau đó xuất chương trình gia công dưới dạng mã M, G Code sang máy CNC để thực hiện gia công bộ truyền trục vít - bánh vít trên máy CNC. RESEARCH DESIGN AND MACHINING THE WORM WHEEL ON THE CNC MACHINE SUMMARY The article present the calculation, design and machined technique the worm wheel on the CNC machine. Using the Autodesk Inventor 2010 software to design the worm wheel. From the above design data, programming and illustrating by the Mastercam X5 software. Finally, export the machined program under the M, G code to CNC machine to machined the worm wheel. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Bộ truyền trục vít - bánh vít là một trong 2.1. Giới thiệu bộ truyền trục vít - các loại truyền động được sử dụng rộng rãi bánh vít trong các máy móc thiết bị nói chung. Loại bộ Bộ truyền trục vít - bánh vít, gọi tắt là bộ truyền này thường được chế tạo trên các máy truyền trục vít, được xếp vào loại truyền động chuyên dùng. răng - vít, kết hợp giữa bộ truyền bánh răng và Ở Việt Nam hiện chưa có nhà máy vít. Bộ truyền trục vít thường dùng để truyền chuyên sản xuất các hộp giảm tốc mà các hộp chuyển động và công suất giữa hai trục vuông giảm tốc chủ yếu là nhập từ nước ngoài. Tuy góc với nhau trong không gian, hoặc chéo nhau nhiên, khi hư hỏng thì phải thay thế hộp giảm và góc giữa hai trục thường là 90o, hình 1. tốc, như vậy sẽ rất tốn kém (đặc biệt đối với Bộ truyền trục vít - bánh vít có 2 bộ phận những hộp giảm tốc có kích thước lớn). Để đáp chính: Trục vít dẫn 1, có đường kính d1, trục vít ứng nhu cầu phụ tùng thay thế bộ truyền của thường làm liền trục với trục dẫn I, quay với số hộp giảm tốc nói chung và bộ truyền trục vít - vòng quay n1, công suất truyền động P1, mô men bánh vít nói riêng thì việc nghiên cứu chế tạo xoắn trên trục T . Bánh vít bị dẫn 2, có đường đơn chiếc trên máy CNC là hết sức cần thiết. 1 kính d2, được lắp trên trục bị dẫn II, quay với số vòng quay n , công suất truyền động P , mô men 2 2 xoắn trên trục T . 2 * PGS.TS. Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng GV. Trường Đại học Công nghiệp Tp. Hồ Chí Minh. Cơ sở Quảng Ngãi 11
2. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ truyền Hình 1. Bộ truyền trục vít-bánh vít a- Bộ truyền trục vít; b- Hộp giảm tốc trục vít - bánh vít. 2.2. Tính toán các thông số cơ bản của số vòng quay bánh vít n2 = 33,7 vòng/phút, số bộ truyền trục vít vòng quay trục vít n1 = 915 vòng/phút. Bộ Hộp giảm tốc trục vít - bánh vít với các số truyền quay 1 chiều, tải trọng thay đổi không liệu cần thiết kế như sau: Công suất P2 = 5kW, đáng kể. a) b) Hình 2. Các thông số hình học của bộ truyền trục vít a- Trục vít Archimede; b- Kích thước bộ truyền trục vít Chọn số mối ren trên trục vít Z1 = 1. điều kiện: 0,22 ≤ q/Z2 ≤ 0,4 [5] thì chọn hệ số Z n 915 đường kính q =10. Tỷ số truyền:u = 2 = 1 = = 27,15 2.a 2.63 Z1 n2 33,7 Mô đun: m = w = =3,32 , theo Ta tính số răng trên bánh vít Z2 = u.Z1 = (z2 + q) (28 +10) 27,15.1 = 27,15. Để không xảy ra hiện tượng cắt tiêu chuẩn [4] chọn m = 3,15 mm. chân răng [3] thì Z2 > Zmin = 26 (răng) nên chọn Tính các kích thước chính của bộ truyền theo Z2 = 28 (răng). bảng 1. Khoảng cách trục chọn theo tiêu chuẩn [4],[5]: aw = 63. Theo tiêu chuẩn để thỏa mãn 12
3. Tạp chí Đại học Công nghiệp Bảng 1 Thông số hình học Công thức tính toán TRỤC VÍT Đường kính vòng tròn chia d1= q.m = 10.3,15 = 31,5 mm. Đường kính vòng tròn đỉnh da1 = dc1 + 2f0.m = 37,8 mm. Đường kính vòng tròn chân ren df1 = dc1 – 2f0.m – 2c0.m = 23,94 mm. 0 ’ Góc nâng ren vít tgλ = Z1/q = 1/10 = 0,1 ⇒ λ = 5 71 Bước ren trục vít t = π.m = 3,14.3,15 = 9,89 mm Chiều dài phần cắt ren B1 ≥ (11+0,06.Z2).m =(11+ 0,06.28).3,15 = 39,942 mm. BÁNH VÍT Đường kính vòng tròn chia d2 = Z2.m = 28.3,15 = 88,2 mm. Đường kính vòng tròn đỉnh da2 = (Z2+2f0+2ξ).m = (28+2.1 +2.0).3,15=94,5 mm. Đường kính vòng tròn chân răng df2 = m(Z2 – 2,4) = 3,15(28-2,4) = 80,64 mm. Đường kính vòng tròn lớn nhất da2max ≤ de2 + 2.m = 94,5 + 2.3,15 = 100,8 mm. Chiều rộng bánh vít B2 ≤ 0,75.de1 = 0,75.37,8 = 28,35 mm. 2.3. Thiết kế bộ truyền trục vít bằng - Sau khi vẽ xong biên dạng Sketcher, chọn phần mềm Autodesk Inventor 2010 lệnh Coil để cắt ren, nhập vào các thông số 2.3.1. Thiết kế trục vít trên phần mềm bước ren, số vòng trục vít, hướng cắt ren , Autodesk Inventor 2010 hình 5. Theo phương pháp tính toán ở trên ta có được các kích thước chính của trục vít ta tiến hành thiết kế trục vít theo trình tự như sau: Bước 1: Tạo phôi trục vít phần cắt ren Sử dụng các lệnh Circle, Extrude, Chamfer, vẽ được khối trụ, hình 3. Hình 3. Tạo phôi cho trục vít phần cắt ren Bước 2: Tạo ren trên trục vít Hình 5. Nhập thông số ren của trục vít - Vẽ phác Sketcher biên dạng dao cắt ren có kích thước, hình 4. Bước 3: Thiết kế hoàn chỉnh trục vít liền trục Vẽ các bậc trục vít bằng lệnh Circle, Extrude, bo tròn và vát góc tại bậc hạ trục và đầu góc hình trụ của trục vít bằng các lệnh Fillet, Chamfer ta được kết quả, hình 6. Hình 4. Biên dạng dao cắt ren trục vít 13
4. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ truyền Bước 1: Dựng hình phôi cho bánh vít Sử dụng lệnh Line, Circle, Revolve , dựng hình phôi cho bánh vít như hình 7. Hình 6. Trục vít liền trục hoàn chỉnh Hình 7. Tạo phôi cho bánh vít 2.3.2. Thiết kế bánh vít trên phần mềm Bước 2: Vẽ biên dạng thân khai Autodesk Inventor 2010 - Sử dụng lệnh Manage / Parameters để Theo phương pháp tính toán ở trên ta có khai báo và thiết lập biến kích thước, hình 8. được các kích thước chính của bánh vít ta tiến hành thiết kế bánh vít theo trình tự như sau: Hình 8. Khai báo và thiết lập biến kích thước - Sử dụng các lệnh Circle, Spline, Copy ta dựng được biên dạng đường thân khai, hình 9. Hình 9. Dựng hình biên dạng thân khai của bánh vít 14
5. Tạp chí Đại học Công nghiệp - Sử dụng lệnh Line, dựng đường thẳng trùng với đường lấy đối xứng của đường thân khai và gán kích thước bằng khoảng cách trục giữa trục bánh vít và trục vít. Sau đó, dựng đường thẳng vuông góc với đường thẳng vừa tạo ta sẽ tạo được đường center line làm trục quay để cắt biên dạng răng thân khai bằng lệnh Revolve - Cut ta được kết quả như hình 10. HHình 12. Bánh vít biên dạng thân khai hoàn chỉnh 2.3. Lập trình gia công bộ truyền trục vít bằng phần mềm Mastercam X5 2.3.1. Mô phỏng gia công bánh vít * Lập trình gia công bánh vít sử dụng chu Hình 10. Biên dạng thân khai 1 răng của trình Surface Rough\Flowline kết quả mô bánh vít phỏng gia công bánh vít, hình 13. Bước 3: Tạo 28 răng cho bánh vít Chọn lệnh Circular Patten: Feature là rãnh răng vừa vẽ, trục xoay là trục z, số lượng Placement = 28 ta được kết quả, hình 11. Hình 11. Tạo 28 răng cho bánh vít Bước 4: Thiết kế hoàn thiện bánh vít Sử dụng các lệnh Circle, Rectangle, Extrude, Chamfer, Fillet vẽ lỗ trục, rãnh then, vành biên bánh vít ta được bánh vít biên dạng thân khai hoàn chỉnh, hình 12. Hình 13. Mô phỏng gia công bánh vít 15
6. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ truyền * Chương trình gia công bánh vít. O1111 (Chương trình chính ) N4188 T8 M6 G43 H8 N100 G90 G54 (Gia công tinh) N102 G0 Q0 N4190 S3000 M3 N104 M98 P281112 N4192 G0 X5.748 Y.839 Z60 N106 M5 N4196 G1 Z48.274 F150. N108 G91 G28 Z0. N4198 X5.912 Y.764 F300. N110 G28 X0. Y0. N4200 Z48.269 N112 M30 N4202 X5.466 Y.818 Z48.036 O1112 ( Chương trình con) N4204 X4.854 Y.891 Z47.755 N100 T4 M6 G43 H4 N4206 X4.22 Y.964 Z47.506 (Gia công thô) N4208 X3.566 Y1.039 Z47.291 N102 S2000 M3 N4210 X2.896 Y1.113 Z47.113 N104 G0 X0 Y0 Z60 N4212 X2.41 Y1.166 Z47.009 N106 G91 G0 Q12.857 N108 G90 G0 Z52 N1428 G1 Z48.037 F150. N110 X5.726 Y-4.74 N1430 G0 Z70 N1438 M99 2.3.2. Mô phỏng gia công trục vít * Gia công trục vít sử dụng chu trình G78 lập trình trực tiếp trên máy tiện CNC. Kết quả 2.4. Gia công bộ truyền trục vít - bánh mô phỏng gia công trục vít, hình 14. vít trên máy CNC Sau khi lập trình mô phỏng gia công bộ truyền trục vít - bánh vít bằng phần mềm Mastercam X5 ta chọn vật liệu gia công, chế độ cắt, dụng cụ cắt rồi tiến hành gia công trục vít - bánh vít trên máy tiện CNC 3 trục EMCO Concept Turn 250 và máy phay CNC 4 trục EMCO Concept Mill 155 tại Viện công nghệ Hình 14. Mô phỏng gia công trục vít Cơ khí và tự động hóa, trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng, hình 15. * Chương trình gia công trục vít O1113 N5 G90 N10 T0909 N15 G97 S1 M3 N20 G0 X37.8 Z10 N25G78 P201060 Q100 R1 N30G78 X23.94 Z-80 R0 P6930 Q150 F9.9 N30 G0 X30 N35 Z20 N40 M30 16
7. Tạp chí Đại học Công nghiệp a) b) Hình 15. Gia công bộ truyền trục vít trên máy CNC a- Gia công trục vít trên máy tiện CNC 3 trục b- Gia công bánh vít trên máy phay CNC 4 trục 3. KẾT LUẬN Đã hoàn thiện phương pháp tính toán và thiết kế bộ truyền trục vít trên phần mềm Autodesk Inventor 2010 bằng phương trình tham số. Nghiên cứu xây dựng trình tự gia công, lập chương trình và mô phỏng gia công bằng phần mềm Mastercam X5. Kết quả là đã gia công được bộ truyền trục vít đạt yêu cầu kỹ thuật đưa ra, hình 16. Với kết quả này có thể áp dụng để thiết kế, chế tạo các bộ truyền trục vít phục vụ cho nhu cầu phụ tùng thay thế ở thực tế sản xuất. Hình 16. Sản phẩm hoàn thành sau khi gia công trên máy CNC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Cung (2007), Bài giảng Nguyên lý máy, Trường Đại học Bách khoa - Đà Nẵng. [2] Nguyễn Trọng Hiệp (2003), Chi tiết máy, tập 1, 2, Nhà xuất bản Giáo dục. [3] Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm (2002), Thiết kế chi tiết máy, NXB Giáo dục. [4] Nguyễn Hữu Lộc (2008), Cơ sở thiết kế máy, Trường Đại học Bách khoa – Tp.HCM. [5] Nguyễn Văn Yến, (2005), Giáo trình chi tiết máy, Nhà xuất bản Giao thông vận tải. [6] Nguyễn Văn Yến - Ngô Tấn Thống (2004), MasterCam lập trình CNC nâng cao, Nhà xuất bản Giao thông vận tải. 17