Đồ án Nghiên cứu cải tiến thiết kế, đánh giá độ chính xác gia công bánh răng và biên soạn tài liệu giảng dạy thực hành trên máy phay lăn răng CNC (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu cải tiến thiết kế, đánh giá độ chính xác gia công bánh răng và biên soạn tài liệu giảng dạy thực hành trên máy phay lăn răng CNC (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT KẾ, ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG BÁNH RĂNG VÀ BIÊN SOẠN TÀI LIỆU GIẢNG DẠY THỰC HÀNH TRÊN MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC GVHD: ThS. ĐẶNG MINH PHỤNG ThS. LÊ LINH SVTH: ĐOÀN TRƯỜNG GIANG MSSV: 11943006 SVTH: TRẦN THANH QUANG MSSV: 11943020 SVTH: TRẦN THANH HÙNG MSSV: 11943036 S K L 0 0 4 1 9 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH  KHOACƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT KẾ, ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG BÁNH RĂNG VÀ BIÊN SOẠN TÀI LIỆU GIẢNG DẠY THỰC HÀNH TRÊN MÁY PHAY LĂN RĂNGCNC Giảng viên hướng dẫn: ThS. ĐẶNG MINH PHỤNG ThS. LÊ LINH Sinh viên thực hiện: MSSV Lớp ĐOÀN TRƯỜNG GIANG 11943006 119430 TRẦN THANH QUANG 11943020 119430 TRẦN THANH HÙNG 11943036 119430 Khóa: 2011 - 2016 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2016
3. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ThS. Đặng Minh Phụng Giáo viên hướng dẫn ThS. Lê Linh Giáo viên phản biện KS. Hồ Viết Bình Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Đoàn Trường Giang 11943006 119430 Trần Thanh Quang 11943020 119430 Trần Thanh Hùng 11943036 119430 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT KẾ, ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG BÁNH RĂNG VÀ BIÊN SOẠN TÀI LIỆU GIẢNG DẠY THỰC HÀNH TRÊN MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC 1. Các số liệu, tài liệu ban đầu: Tên sản Yêu cầu khoa học cần đạt Ghi chú phẩm Số động cơ của máy 05 động cơ Modul gia công lớn nhất 2,5 mm Đường kính gia công lớn nhất Ø150 mm Máy phay Phạm vi hoạt động theo phương Z 250 mm lăn răng Phạm vi hoạt động theo phương X 120 mm CNC Điện thế 220V xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha Kích thước máy (dài x rộng x cao) 1710 x 1280 x 2014 Vật liệu gia công Nhựa, đồng thau 1
4. 2. Nội dung thuyết minh, tính toán  Nghiên cứu tổng quan cơ sở lý thuyết của máy phay lăn răng  Tính toán lại khả năng chịu tải của cụm gá phôi, cụm trục dao, khối lượng đối trọng  Cải tiến một số bộ phận cho máy phay lăn răng CNC  Chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh  Kiểm tra và đánh giá độ chính xác gia công của máy phay lăn răng CNC  Cải tiến thiết kế cụm trục gá phôi và cụm trục dao  Biên soạn tài liệu hướng dẫn sử dụng, giảng dạy thực hành trên máy phay lăn răng CNC 3. Các bản vẽ: - Tập bản vẽ chi tiết - Tập bản vẽ lắp cụm gá phôi, cụm trục dao 4. Chế tạo bánh răng thẳng, bánh răng nghiêng bằng máy phay lăn răng CNC 5. Ngày giao đồ án: 6. Ngày nộp đồ án: TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Đồng ý cho bảo vệ 2
5. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN CHO MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC STT Tên cụm (bộ phận) của máy Tình trạng 1 Cụm đế máy, vỏ máy Không cải tiến 2 Cụm di chuyển trục X Không cải tiến 3 Cụm di chuyển trục Z Không cải tiến 4 Cum trục A (cụm quay đầu dao) Không cải tiến 5 Cụm trục B (cụm trục dao) Cải tiến thiết kế 6 Cụm trục C (cụm gá phôi) Cải tiến thiết kế 7 Cụm chống tâm Thay thế mũi chống tâm 8 Bảng điều khiển tay Bố trí lại bảng điều khiển tay Lắp đặt thêm màn hình cảm ứng 9 Hệ thống điều khiển điện Lắp thêm 2 bộ lọc nhiễu điện Thay đổi bo mạch giao tiếp điều khiển 10 Hê thống tưới nguội, bôi trơn Cải tiến hệ thống tưới nguội Lắp đặt thêm hệ thống bôi trơn 3
6. LỜI CAM KẾT Tên đề tài: “ NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT KẾ, ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG BÁNH RĂNG VÀ BIÊN SOẠN TÀI LIỆU GIẢNG DẠY THỰC HÀNH TRÊN MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC”. GVHD: ThS. Đặng Minh Phụng ThS. Lê Linh Họ tên sinh viên : MSSV 1. Đoàn Trường Giang 11943006 2. Trần Thanh Quang 11943020 3. Trần Thanh Hùng 11943036 - Địa chỉ sinh viên: Phường Tân Mai, TP. Biên Hòa, Đồng Nai - Số điện thoại liên lạc: 01218619875 - Email: dtgiang9110@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện”. Chúng tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 12 năm 2015 Đại diện ký tên Trần Thanh Quang 4
7. LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp là một cột mốc quan trọng đồng thời cũng là thành quả đánh dấu sự trưởng thành của sinh viên chúng em sau hơn bốn năm học tập, rèn luyện tại trường đại học. Là kết tinh của lý thuyết và thực nghiệm, là kết quả của sự kiên trì, nỗ lực không ngừng. Nhìn lại quãng thời gian chúng em miệt mài làm đồ án tốt nghiệp thật đáng quý biết bao với sự cổ vũ tinh thần, sự giúp đỡ tận tình từ phía gia đình, người thân, bạn bè và thầy cô. Nhờ đó mà chúng em có nhiều điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình. Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè và thầy cô Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy và bộ môn Công Nghệ Chế Tạo Máy của trường ĐH sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh. Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến: Thầy Đặng Minh Phụng, Thầy Lê Linh và các Thầy trong Bộ môn đã giúp đỡ, hướng dẫn nhóm rất nhiều trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp. Một lần nữa chúng em xin gởi lời cảm ơn đến tất cả mọi người đã giúp đỡ nhóm hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. Xin cảm ơn. Sinh viên thực hiện Đoàn Trường Giang Trần Thanh Quang Trần Thanh Hùng 5
8. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 LỜI CAM KẾT 4 LỜI CẢM ƠN 5 NỘI DUNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 8 1.1. GIỚI THIỆU 8 1.2. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VỀ MÁY PHAY LĂN RĂNG 8 1.3. NGHIÊN CỨU CỦA NƯỚC NGOÀI 11 1.4. NGHIÊN CỨU Ở TRONG NƯỚC 12 1.5. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 13 1.6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN 14 1.7. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 14 1.8. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 14 1.9. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 NỘI DUNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÁY PHAY LĂN RĂNG 16 NỘI DUNG 3: TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI 19 3.1. TÍNH TOÁN TẢI VÀ CHUYỂN VỊ CỦA CỤM GÁ PHÔI CŨ VÀ MỚI 19 3.2. TÍNH TOÁN TẢI VÀ CHUYỂN VỊ CỦA CỤM DAO 21 3.3. TÍNH TOÁN KHỐI LƯỢNG ĐỐI TRỌNG 24 3.4. MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG TỪNG CỤM MÁY 26 NỘI DUNG 4: CẢI TIẾN MỘT SỐ BỘ PHẬN CHO MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC 29 4.1. CẢI TIẾN BẢNG ĐIỀU KHIỂN TAY 29 4.2. CẢI TIẾN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN 30 4.3. LẮP ĐẶT HỆ THỐNG BÔI TRƠN, TƯỚI NGUỘI 31 NỘI DUNG 5: CHẠY THỬ NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH 32 5.1. CHẠY THỬ NGHIỆM PHAY BÁNH RĂNG 32 5.2. HIỆU CHỈNH MÁY VÀ HIỆU CHỈNH CHƯƠNG TRÌNH GIA CÔNG VÀ CHẠY THỬ NGHIỆM PHAY BÁNH RĂNG 32 NỘI DUNG 6: KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ 34 NỘI DUNG 7: THIẾT KẾ CẢI TIẾN CỤM GÁ PHÔI, CỤM TRỤC DAO 40 7.1. THIẾT KẾ CẢI TIẾN CỤM GÁ PHÔI 40 7.2. THIẾT KẾ CẢI TIẾN CỤM TRỤC DAO 41 NỘI DUNG 8: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÁY 42 NỘI DUNG 9: BIÊN SOẠN TÀI LIỆU GIẢNG DẠY THỰC HÀNH TRÊN MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC 76 6
9. 9.1. BIÊN SOẠN TÀI LIỆU DÀNH HỌC VIÊN TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP 76 9.2. BIÊN SOẠN TÀI LIỆU DÀNH HỌC VIÊN CAO ĐẲNG, ĐẠI HỌC 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 7
10. NỘI DUNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1.1. GIỚI THIỆU 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. Sản phẩm làm ra sẽ phục vụ cho giáo dục, công tác đào tạo. Việc sở hữu công nghệ phay lăn răng sẽ làm 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 cao. 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 không thể tiến hành sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa bằng máy móc, thiết bị của nước ngoài. Mà 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. 1.2. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TỔNG QUAN VỀ MÁY PHAY LĂN RĂNG Hiện nay, công nghệ gia công bánh răng tại các nước trên thế giới gần như đã tự động hóa toàn bộ. Dây chuyền gia công hầu như khép kín từ khâu chuẩn bị phôi đến khâu gia công và mài 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, cho độ chính xác và năng suất rất cao. 8
11. Hình 1.1. Kết cấu chung của máy Kết cấu chung của máy bao gồm: chân đế, phần thân máy, cụm dao, cụm gá phôi và chống tâm. 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. Có hai lựa chọn cho sơ đồ nguyên lý: Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC Nguyên lý này cho ta thấy phần thân máy được giữ cố định và phần trục gá phôi sẽ di động. 9
12. Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC Nguyên lý này thì ngược lại, phần đầu dao di động và phần trục gá phôi sẽ cố định.  Đánh giá máy phay lăn răng dựa trên tiêu chí quan trọng nhất là cấp chính xác của bánh răng. Vì bánh răng là chi tiết truyền động nên đòi hỏi yêu cầu kĩ thuật cao. Độ chính xác của bánh răng phụ thuộc hoàn toàn vào máy, thông dụng nhất là cấp 9, 8. - Các chỉ tiêu để đánh giá độ chính xác của bánh răng: Độ chính xác truyền động Độ ổn định khi làm việc Độ chính xác tiếp xúc Độ chính xác khe hở cạnh răng - Những yếu tố quyết định đến độ chính xác và vượt trội của máy phay lăn răng CNC: Bàn máy lớn, khoảng không gian máy rộng, gia công được bánh răng kích thước khác nhau Các chương trình điều khiển đa dạng như: delphi, C sharp, và được lập trình sẵn Các bộ phận truyền động đảm bảo độ chính xác cao như: vít me đai ốc bi, thanh trượt bi, động cơ servo, Có thể gia công nhiều bánh răng trên cùng một lần gá, năng suất cao Sự ăn khớp của dao phay lăn răng và bánh răng được đảm bảo liên tục nên độ chính xác cao 10
13. 1.3. NGHIÊN CỨU CỦA NƯỚC NGOÀI Công nghệ gia công bánh răng tại các nước phát triển gần như đã tự động hóa toàn bộ. Dây chuyền gia công gần như khép kín từ khâu gia công phôi đến khâu cắt răng, cạo răng, mài răng. Các máy phay lăn răng CNC có mặt trên thị trường như: GHO- 200, OFA75-900 Các hãng sản xuất máy phay lăn răng nổi tiếng như: RicharDon của Đức, Schiess-Brighton của Mỹ và Đức, hãng Ronson Gears của Úc Gia công bánh răng bằng phương pháp định hình (sử dụng đầu phân độ) chỉ thích hợp cho các trường hợp đơn chiếc vì nó rất tốn thời gian và không đảm bảo độ chính xác. Trong phương pháp bao hình, bánh răng được gia công theo phương pháp lăn răng. Phân loại theo mức độ tự động hóa thì có hai loại: máy phay lăn răng cổ điển và máy phay lăn răng CNC. Máy phăn lăn răng cổ điển không có bộ điều khiển. Để liên kết các xích truyền động với nhau, người vận hành phải tính toán và lắp đặt thêm vào các bộ bánh răng thay thế cho các bánh răng có số răng khác nhau. Máy phay lăn răng CNC về cơ bản có nguyên lý cấu tạo giống với máy phay lăn răng cổ điển nhưng sử dụng bộ điều khiển để điều khiển các động cơ của máy vì vậy không cần sử dụng các cặp bánh răng thay thế. Hình 1.4. Máy CNC GHO-200 Hình 1.5. Máy CNC HERA-200 11
14. Hình 1.6. Máy phay lăn răng OFA75-900 1.4. NGHIÊN CỨU Ở TRONG NƯỚC Theo một số bài báo khoa học, ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu chế tạo máy gia công bánh răng là chưa nhiều và đa phần chỉ dừng lại ở mức thiết kế. Nhóm nghiên cứu trường ĐH SPKT TP.HCM đã nghiên cứu và chế tạo máy phay lăn răng CNC. Về cơ bản, nhóm nghiên cứu trước đã thực hiện: - Xây dựng được giải thuật điều khiển nguyên lý bao hình để gia công bánh răng trụ răng thẳng, bánh răng trụ răng xoắn. - Thiết kế mô hình máy 3D, 2D, mô phỏng và tính toán bền cho máy - Viết chương trình điều khiển máy - Thiết kế, chế tạo 1 máy phay lăn răng CNC - Gia công được bánh răng trụ răng thẳng bằng nhựa, đồng thau - Gia công bánh răng nghiêng (8º - 20º). Tuy nhiên, máy còn nhiều điểm hạn chế như: + Cụm dao chưa tối ưu, nên khi gia công các răng của dao mòn không đều, chưa tận dụng hết được các lưỡi cắt + Hành trình di trượt cụm thân máy ngắn, ảnh hưởng đến khả năng gia công của máy + Hệ thống bôi trơn, thoát phoi còn hạn chế + Gia công bánh răng thẳng chưa chính xác, phay bánh răng nghiêng β < 20º + Máy hoạt động chưa ổn định + Bảng điều khiển chưa tối ưu gây khó khăn cho người sử dụng Vì máy còn nhiều nhược điểm, nên nhóm quyết định thực hiện các nội dung sau để máy được hoàn thiện hơn: 12
15. + Tính toán lại khả năng chịu tải của cụm gá phôi, cụm trục dao, khối lượng đối trọng + Mô phỏng chuyển động của từng cụm máy + Lựa chọn, lắp đặt lại hệ thống bôi trơn, tưới nguội + Thiết kế, chế tạo lại bảng điều khiển + Kiểm tra đánh giá độ chính xác của máy + Gia công hiệu chỉnh bánh răng nghiêng β > 20º + Cải tiến, tăng độ ổn định hệ thống điều khiển điện + Cải thiện thiết kế cụm trục gá phôi và cụm trục dao + Biên soạn tài liệu hướng dẫn sử dụng, giảng dạy thực hành trên máy lăn răng CNC cho hệ trung cấp, cao đẳng, đại học 1.5. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI - Việc sở hữu công nghệ phay lăn răng góp phần giảm chi phí, khuyến khích phát triển, sử dụng hàng trong nước. - Sản phẩm làm ra có thể chuyển giao cho các cơ sở giáo dục, phục vụ đào tạo. - Làm nền tảng, động lực để các học viên cao học và nghiên cứu sinh cũng như giảng viên của trường ĐH SPKT TPHCM tham gia nghiên cứu, hoàn thiện thiết kế và chế tạo máy phay lăn răng. - Tăng cường thiết bị thực tập cho sinh viên, là công cụ đắc lực cho các phân xưởng, nhà máy trong việc sản xuất bánh răng. - Hiện nay, các trường kỹ thuật đào tạo ngành cơ khí ở Việt Nam chiếm số lượng lớn. Tuy nhiên có rất ít trường có máy phay lăn răng để phục vụ đào tạo, vì vậy nhu cầu là rất lớn, cần thiết khi mà giá thành của máy khá hợp lý. - Sản phẩm của đề tài sẽ được chuyển giao cho khoa cơ khí, thuộc trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM, vì hiện nay khoa cơ khí máy không có thiết bị này nên việc giảng dạy công nghệ gia công bánh răng bằng phương pháp bao hình chỉ trên lý thuyết và mô phỏng, gây nhiều khó khăn. - Chế tạo bánh răng một cách nhanh chóng, giúp phát triển các ngành công nghiệp phụ trợ như đóng tàu, dầu khí, Góp phần phát triển sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Vì thế, đề tài: “NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN THIẾT KẾ, ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC GIA CÔNG BÁNH RĂNG VÀ BIÊN SOẠN TÀI LIỆU GIẢNG DẠY THỰC HÀNH TRÊN MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC” là cần thiết và cấp thiết. 13
16. 1.6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN  Ý nghĩa khoa học - Việc hoàn thiện thiết kế và chế tạo máy CNC sẽ gợi mở ra nhiều giải pháp mới, phương hướng phát triển mới trong công tác đào tạo và giáo dục. - Tạo ra sản phẩm mới, phục vụ giáo dục, góp phần vào sự phát triển nền công nghiệp nước nhà. - Giúp người nghiên cứu vận dụng các kỹ năng, kiến thức đã học vào đời sống.  Ý nghĩa thực tiễn - Trang bị cho sinh viên một kiến thức tổng hợp, hiểu biết thêm về công nghệ chế tạo máy, cùng với kỹ năng làm việc độc lập cũng như làm việc nhóm. - Phục vụ giảng dạy thực tập gia công cơ khí trong quá trình đào tạo tại các trường kỹ thuật và gia công bánh răng. - Nâng cao chất lượng đào tạo ngành cơ khí, có cái nhìn bao quát hơn. - Chủ động được công nghệ, giảm chi phí chế tạo. 1.7. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI - Nắm vững kiến thức về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách truyền động, lập trình và điều khiển máy phay lăn răng CNC. - Vận dụng kiến thức nghiên cứu phát triển hoàn thiện máy phay lăn răng CNC. - Lập trình, điều khiển, hiệu chỉnh máy phay CNC để gia công ra sản phẩm và đạt độ chính xác theo yêu cầu. - Kiểm tra, đánh giá được độ chính xác gia công của máy phay lăn răng CNC - Biên soạn tài liệu hướng dẫn sử dụng máy, giảng dạy thực hành máy phay lăn răng CNC cho hệ trung cấp, cao đẳng, đại học 1.8. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU  Đối tượng nghiên cứu - Máy phay lăn răng CNC - Phần mềm điều khiển delphi 7 - Phần mềm thiết kế, tính toán, mô phỏng Autodesk Inventor 2015  Phạm vi nghiên cứu - Tính toán lại khả năng chịu tải của cụm gá phôi, cụm trục dao, khối lượng đối trọng - Lập trình, điều khiển máy phay lăn răng CNC - Đánh giá độ chính xác của máy đạt được qua sản phẩm - Cải tiến một số bộ phận cho máy phay lăn răng CNC - Biên soạn tài liệu hướng dẫn sử dụng máy, giảng dạy thực hành máy phay lăn răng CNC cho hệ trung cấp, cao đẳng, đại học 14
17. 1.9. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Cơ sở phương pháp luận Căn cứ vào những kiến thức đã có về máy phay lăn răng CNC; sử dụng máy phay lăn răng CNC để gia công sản phẩm, từ đó kiểm tra sản phẩm để đánh giá độ chính xác của máy. Bổ sung, thay thế các bộ phận, thiết bị cho máy để tăng độ chính xác, tính ổn định, dễ dàng sử dụng của máy.  Các phương pháp nghiên cứu cụ thể - Nghiên cứu kỹ các tài liệu về lịch sử cấu tạo về máy phay lăn răng CNC - Nghiên cứu các phương pháp thiết kế về cấu hình và kết cấu máy lăn răng CNC - Tính toán lại khả năng chịu tải của cụm gá phôi, cụm trục dao, khối lượng đối trọng bằng phần mềm Autodesk Inventor 2015 - Mô phỏng chuyển động từng cụm máy bằng phần mềm Autodesk Inventor 2015 - Vận hành máy để gia công bánh răng. Sau đó, kiểm tra độ chính xác của sản phẩm để đánh giá độ chính xác máy qua nhiều đợt sản phẩm. - Bổ sung những bộ phận, thiết bị còn thiếu để làm tăng độ chính xác, tính ổn định, dễ dàng sử dụng cho máy phay lăn răng CNC - Chạy thử và hiệu chỉnh máy để gia công bánh răng nghiêng chính xác và biên soạn tài liệu hướng dẫn sử dụng máy, giảng dạy thực hành máy phay lăn răng CNC cho hệ trung cấp, cao đẳng, đại học 15
18. NỘI DUNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MÁY PHAY LĂN RĂNG Hình 2.1. 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 suất 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=200 tỷ lệ tốc độ gốc bằng tỉ số vòng quay của cả cặp và ngược với  n z d d c  n z tỷ lệ số răng của chúng, nghĩa là: c c d (1)  ,n , z Ở đây: d d d : tốc độ góc, số vòng quay, số răng của dao.  ,n , z c c c : tốc độ góc, số vòng quay, số răng của bánh răng. a) 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. Trước khi cắt, dao còn có 16
19. 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 k cho trước, để gia công bánh răng thẳng có z 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 z từ bàn phím. Sơ đồ bố trí dao khi gia công răng thẳng: Hình 2.2. Gá dao nghiêng hướng trái Hình 2.3. Gá dao nghiêng hướng phải b) 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,  =  ± . 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 chi tiết và dao ngược chiều nghiêng 17
20. Hình 2.4. Phay bánh răng nghiêng trái Hình 2.5. Phay bánh răng nghiêng phải Khi phay răng nghiêng, S1 tiến đứng song song trục phôi nên phôi phải có chuyển động quay bổ trợ để hướng răng dao trùng hướng của trục phôi. Để thực hiện nhiệm vụ này chúng ta phải thiết kế bộ truyền vi sai trong xích truyền động. Nếu không thiết kế bộ vi sai ta cũng có thể phay được bánh răng nghiêng, lúc đó ta tính lại bộ bánh răng thay thế cho phù hợp chọn phương pháp không vi sai để gia công bánh răng nghiêng. c) Khả năng công nghệ của máy phay lăn răng - Gia công bánh răng trụ răng thẳng. - Gia công bánh răng trụ răng nghiêng. - Gia công được bánh vít. - Đối với máy thiết kế thì sẽ gia công được bánh răng thẳng và bánh răng nghiêng. d) Ưu nhược điểm của máy phay lăn răng - Ưu điểm: phương pháp phay lăn răng có rất nhiều ưu điểm như Độ chính xác gia công cao Năng suất cao Có thể gia công nhiều bánh răng giống nhau trên một lần gá Gia công bánh răng có modul lớn sẽ có ưu thế hơn các phương pháp khác - Nhược điểm Dao chế tạo phức tạp Khoảng thoát dao lớn Không gia công được răng trong lỗ Không thể gia công được hệ bánh răng bậc gần nhau Tương quan của cơ cấu truyền động đòi hỏi chính xác cao 18
21. e) Phương pháp phay bánh răng Nếu xét nguyên lý tạo răng, ngày nay có hai phương pháp gia công bánh răng: phương pháp định hình và phương pháp bao hình. - Phương pháp định hình (hay phân độ): bằng phương pháp này, chúng ta sẽ cắt từng rãnh răng, sau đó phân độ một góc 3600/Z cho đến rãnh răng cuối cùng bằng dụng cụ cắt có lưỡi dạng rãnh răng. - Phương pháp bao hình: với phương pháp này, dụng cụ được lăn tương đối trên vành của bánh răng gia công và khi đó các lưỡi cắt của dụng cụ dần dần chiếm các vị trí trên bánh răng mà đường bao của chúng là profin thân khai của bánh răng gia công. NỘI DUNG 3: TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI 3.1. TÍNH TOÁN TẢI VÀ CHUYỂN VỊ CỦA CỤM GÁ PHÔI CŨ VÀ MỚI - Cụm phôi ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công nên sau khi thiết kế cải tiến cụm dao, tác giả tiến hành kiểm tra bền, độ biến dạng của cụm. - Các lực mô phỏng và điều kiện làm việc dựa trên điều kiện làm việc thực tế của máy. - Đầu tiên tiến hành đặt lực vào mô hình: Cụm gá phôi cũ Cụm gá phôi mới Hình 3.1. Mô phỏng đặt lực vào cụm gá phôi Chi tiết cần chú ý trong cụm là: trục gá phôi Khi máy hoạt động với: Pz = 1150 (N) 19
22. S K L 0 0 2 1 5 4