Cơ khí chế tạo máy - Chương 7: Gia công răng

1Chương 7: GIA CễNG RĂNG (Gear machining) Đ7.1- ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRèNH CẮT BIấN DẠNG RĂNG Đ7.2- Gia công RĂNG bằng dao phay mô đuyn Đ7.3- Gia công RĂNG bằng dao phay lĂn trục vít Đ7.4- Gia công RĂNG bằng dao xọc RĂNG 2Đ7.1- ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRèNH CẮT BIấN DẠNG RĂNG Specifications of a gear cutting process Theo cách hỡnh thành prrôfin răng, việc gia công răng được chia làm hai phương pháp: Định hỡnh và Bao hỡnh. Tuy nhiờn, cả hai phương pháp gia công răng đều có những đặc điểm sau: - Diện tớch cắt luôn thay đổi theo từng răng và có nhiều răng cùng tham gia cắt. Do đó, lực cắt lớn và luôn thay đổi. - Tốc độ cắt thay đổi theo từng điểm trên lưỡi cắt. - Lưỡi cắt có biên dạng phức tạp, các chuyển động trong quá trỡnh cắt cũng rất phức tạp nên các thông số hỡnh học của dao trong quá trỡnh cắt thường không đạt trị số hợp lý. - Dao đòi hỏi phải có độ chính xác cao, đắt tiền, tuổi bền lớn. 3Đ7.1- ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRèNH CẮT BIấN DẠNG RĂNG 7.1.1 Phương phỏp định hỡnh. (Form - copying method) Sơ đồ cắt răng bằng dao phay đĩa mụđun (a) và dao phay vấu mụđun (b) Cutting diagrams by gear-tooth side milling (a) & gear - tooth end mill (b) 4Đ7.1- ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRèNH CẮT BIấN DẠNG RĂNG 7.1.1. Phương phỏp định hỡnh.(Forming/copying method) -Là PP gia cụng răng bằng DCC cú hỡnh dỏng lưỡi cắt chớnh gần giống với biờn dạng rónh giữa hai hoặc nhiều răng của bỏnh răng cần gia cụng. - Khi cắt răng theo PP này, thường cú cỏc chuyển động sau: + Chuyển động cắt chớnh- do dao đảm nhận. + Chuyển động phõn độ của phụi. + Chuyển động chạy dao – do dao hoặc phụi đảm nhận. + Chuyển động để cắt hết chiều sõu rónh răng cần gia cụng. -Ưu điểm: + Thực hiện quỏ trỡnh cắt đơn giản, trờn cỏc mỏy vạn năng + với m ≥ 10; PP này chiếm ưu thế. -Nhược điểm: + Năng xuất thấp + Độ chớnh xỏc thấp (trừ chuốt răng) -Phạm vi sử dụng: + Gia cụng bỏnh răng trong sx đơn chiếc, loạt nhỏ những bộ truyền cú độ cx thấp. + Gia cụng BR cú với m ≥ 10. + Gia cụng BR chữ V khụng cú rónh thoỏt dao. 5Đ7.1- ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRèNH CẮT BIấN DẠNG RĂNG 7.1.2. Phương phỏp bao hỡnh. (Generating method) Sơ đồ cắt răng bằng dao phay lăn trục vớt Cutting diagram by hobs 6Đ7.1- ĐẶC ĐIỂM CỦA QUÁ TRèNH CẮT BIấN DẠNG RĂNG 7.1.2. Phương phỏp bao hỡnh. (Generating method) -Là PP gia cụng răng mà biờn dạng răng của bỏnh răng cần gia cụng được hỡnh thành nhờ đường bao cỏc vị trớ liờn tiếp cỏc lưỡi cắt của dao. Như vậy, lưỡi cắt chớnh của dao cú thể giống & khụng giống biờn dạng răng của BR gia cụng. - Khi cắt răng theo PP này, thường cú cỏc chuyển động sau: + Chuyển động cắt chớnh- do dao đảm nhận + Chuyển động quay của phụi cú liờn kết động học với chuyển động quay của dao; tạo thành chuyển động bao hỡnh phõn độ. + Chuyển động chạy dao dọc theo trục phụi – do dao hoặc phụi đảm nhận- để cắt hết bề rộng bỏnh răng + Chuyển động để cắt hết chiều sõu rónh răng cần gia cụng. -Ưu điểm: + Năng xuất cao + Chất lượng khụng phụ thuộc vào số răng. -Nhược điểm: + Chi phớ dao & mỏy đắt + Tớnh toỏn điều chỉnh mỏy phức tạp -Phạm vi sử dụng: Được sử dụng rộng rói để chế tạo bỏnh răng 7Đ7.2- Gia công răng bằng dao phay mô đun (Grear cutting by gear –tooth side milling cutters) 7.2.1. Kết cấu của dao phay đĩa mụ đun. (the structure of a gear-tooth side milling) Tớnh biờn dạng khi gia cụng BR thẳng: Bao gồm hai phần: - Phần làm việc có dạng cung thân khai.(BC) - Phần chuyển tiếp.(O1B) Phương trỡnh đường thõn khai trong hệ tọa độ cực là: Trong đó: rx - bán kính vectơ tại một điểm bất kỳ trên đường thân khai. ro - bán kính vòng tròn cơ sở của đường thân khai.  x - góc áp lực. x - góc thân khai.        xxxx x x invtg r r  cos 0 8Đ7.2- Gia công răng bằng dao phay mô đun (Grear cutting by gear –tooth side milling cutters) 7.2.1. Kết cấu của dao phay đĩa mụ đun. (the structure of a gear-tooth side milling)      xx xx ry rx   cos. sin. ex rrr 0 xx   0 x x x x r r r r 00 arccoscos   g g g r S .2  2 .m SW gg   ZZD m r m g gg g .2.2.2 . .4 .      00 .2    inv Z  0.2    invinv Z xx  Toạ độ của một điểm M(x,y) bất kỳ: Mà : Thay vào trờn cú: ; Sau khi tính được x theo radian và đổi ra độ sẽ tính được tọa độ của điểm M. xx inv  Do đú: 00000 &   gtginv 0Mặt khỏc: 9Đ7.2- Gia công răng bằng dao phay mô đun (Grear cutting by gear –tooth side milling cutters) 7.2.1. Kết cấu của dao phay đĩa mụ đun. (the structure of a gear-tooth side milling) Tớnh biờn dạng khi gia cụng BR nghiờng: Xột trong MP phỏp tuyến N-N tại tõm ăn khớp của cặp BR nghiờng với đường răng trờn mặt trụ chia, hỡnh cắt sẽ là hỡnh elip; như vậy cú thể xem sự ăn khớp khi này xảy ra giữa hai BR thẳng & dao phay đĩa mụ đun đang gia cụng 1 BR thẳng cú bỏn kớnh vũng chia: Trong đú: a- bỏn trục lớn của elip& a= rg/cosω b- bỏn trục nhỏ của elip & b = rg Khi đú cú: Cỏc thụng số của BR tương đương này được dựng để tớnh toỏn hỡnh dỏng dao hoặc chọn số hiệu dao để cắt răng; với cỏc chỳ ý sau: - mtđ= mn= ms* cosω Với: mn- mụ đun phỏp của BR nghiờng; ms- mụ đun mặt đầu BR nghiờng; - Khi đú: b a Rtđ 2  2 2 cos gr b a Rtđ  3cos Z Ztđ  10 Đ3 - Gia công rĂng bằng dao phay lĂn trục vít Gear Cutting by Hobs - Kết cấu dao phay lăn răng - Phương pháp gia công + Khả năng công nghệ + Đặc điểm chung: Theo phương pháp bao hỡnh dựa trên nguyên lý ăn khớp giữa bánh răng với trục vít. Thực chất, dao phay lăn răng là một trục vít, trên đó có chế tạo các rãnh xoắn 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 xoắn Acximét. Dao phay lăn có thể sử dụng một hoặc nhiều đầu mối. Cho độ chính xác gia công cao, dùng để gia công bánh răng trụ ăn khớp ngoài, bánh vít, bánh răng chữ V & 1 phần bỏnh răng ăn khớp trong 11 DAO PHAY LĂN RĂNG 12 CHUYỂN ĐỘNG KHI PHAY LĂN RĂNG 13 7.3.1- Kết cấu của dao phay lăn trục vít Đường kính ngoài của dao phay lăn trục vít phải bảo đảm các điều kiện sau: - Năng suất cắt cao. - Tiết kiệm vật liệu - Độ bền cho răng dao - Độ chính xác , độ nhẵn bề mặt sau gia công 1) Đường kính ngoài: 14 2) Đường kính vòng chia (Dtbtt): Còn gọi là đường kính trung bỡnh tính toán. Đó là đường kính trung bỡnh quy ước, là cơ sở để thiết kế dao phay lăn răng; được xỏc định trong tiết diện tớnh túan là tiết diện cỏch mặt trước dao σ*tov= (0.1- 0.25)*tov. 15 Trong đó: h’u - chiều cao đầu răng của prôfin răng dao, mm. K - lượng hớt lưng, mm. Dtt tính theo công thức: KhDD uetttb ..22 '  e e tg Z D K   .  Chú ý: Đối với dao phay lăn răng có mài lại profin, thường chỉ tiến hành trên 2/3 chiều rộng lưng răng. Khi đó phải hớt lưng răng dao theo hai trị số hớt lưng: - Phần cần mài profin theo trị số K - Phần không mài theo K1 = (1.2-1.8).K * Ưu điểm: - Thoát đá khi mài hớt lưng và tránh được hiện tượng (yên ngựa) trên lưng răng - Tiết kiệm vật liệu đá mài và thời gian mài lưng răng. Khi đú: chiều cao của rónh răng dao được xỏc định theo cụng thức: Trong đú: hu- chiều cao toàn răng dao r – bỏn kớnh gúc lượn chõn răng r KK hH uK    2 1 16 17 3) Chiều dài dao L: Chiều dài dao phay lăn răng phải thoả mãn các yêu cầu: 1. Đủ chiều dài tạo hỡnh các răng của bánh răng gia công; 2. Đảm bảo cắt sơ bộ lượng dư cần thiết, tránh hiện tượng quá tải ở các răng tạo hỡnh đầu tiên. 3. Tăng tuổi thọ cho dao bằng cách dịch chuyển dao dọc trục gá hoặc xoay dao khi tháo chạc phân độ. 4. Đảm bảo các răng ngoài cùng trên mặt đầu dao không tham gia cắt. l1 = K1K2 . cos0 Chỳ ý: Vị trí giới hạn của điểm K1 khi Z bằng vô cùng là điểm K’1 khi đó: l1 = h . cotg  o (h – chiều cao răng của bánh răng cần cắt, mm;  o - góc profin bánh răng). Tổng lượng tăng tối thiểu của cỏc yờu cầu 2,3,4 là: 2m 5. Trên hai mặt đầu của dao được chế tạo hai vành gờ có chiều rộng bằng 3  5mm. Các vòng gờ này được chế tạo chính xác và dùng để làm chuẩn kiểm tra độ đảo đường kớnh ngoài của dao khi lắp trên máy phay răng. Như vậy, chiều dài tổng cộng của dao phay lăn trục vít là: L = h . cotg  o + 2 m + (6  10), mm 18 Sơ đồ xác định chiều dài dao phay lăn răng 19 GểC GÁ DAO 20 Đ7.4- GIA CễNG RĂNG BẰNG DAO XỌC RĂNG Gear cutting by Reciprocating Tools Dao xọc răng dùng để cắt bánh răng theo phương pháp bao hỡnh, dựa trên nguyên lý ăn khớp giữa bánh răng với bánh răng. Có thể cắt được bánh răng trụ răng thẳng, răng xoắn (ăn khớp ngoài và ăn khớp trong), cắt khối bánh răng, bánh răng có bậc, bánh răng chữ V. Cỏc chuyển động cắt trong quỏ trỡnh xọc răng gồm cú: - Chuyển động cắt chính là chuyển động tịnh tiến khứ hồi của dao xọc, dọc theo trục của bánh răng gia công. - Chuyển động bao hỡnh phân độ là chuyển động quay tròn của dao xọc quanh trục của nó có liên kết động học với chuyển động quay tròn của phôi. - Chuyển động chạy dao hướng kính là chuyển động tịnh tiến của dao xọc hướng vào tâm phôi để cắt hết chiều cao răng bánh răng. - Chuyển động nhường dao là chuyển động tịnh tiến khứ hồi của phôi tương ứng với chuyển động tịnh tiến khứ hồi của dao xọc do cam của máy xọc răng thực hiện. 21 Đ7.4- GIA CễNG RĂNG BẰNG DAO XỌC RĂNG Gear cutting by Reciprocating Tools 7.4.1- Kết cấu dao xọc răng: Structure of Reciprocating tools Dọc xọc răng nhỡn bề ngoài được xem như một bánh răng cụn (răng thẳng hoặc xoắn). Trên đó được hỡnh thành mặt trước là mặt côn có trục đồng trục với trục dao xọc & mặt sau cũng là mặt côn, do khi tạo hỡnh răng dao xọc, dụng cụ cắt chuyển động theo phương hợp với trục dao xọc một góc α,để tạo thành góc sau ở đỉnh αe >0. Cũng do chuyển động này mặt bờn của răng dao là mặt xoắn vớt thõn khai, tạo thành gúc sau trờn lưỡi cắt bờn. Cỏc lưỡi cắt là giao tuyến của cỏc bề mặt nờu trờn. 22 Đ7.4- GIA CễNG RĂNG BẰNG DAO XỌC RĂNG Gear cutting by Reciprocating Tools 7.4.1- Kết cấu dao xọc răng: Structure of Reciprocating tools 1) Gúc cắt của dao xọc: + Gúc trước:  = 50 + Gúc trước ở mặt bờn xột trong tiết diện phỏp tại điểm A: tg NA = tg  . sin  A Ở đõy:  A – Gúc ỏp lực răng dao tại điểm A & R0- Bỏn kớnh vũng cơ sở dao xọc RA – Bỏn kớnh vũng trũn ứng với điểm khảo sỏt x. A A R Ro cos X X-X X N N A  NA  Z B A X N-N Z Y  A 23 Đ7.4- GIA CễNG RĂNG BẰNG DAO XỌC RĂNG Gear cutting by Reciprocating Tools 7.4.1- Kết cấu dao xọc răng: Structure of Reciprocating tools 1) Gúc cắt của dao xọc: + Gúc sau ở đỉnh: α = 60 + Gúc sau ở mặt bờn xột trong tiết diện phỏp: tg αN = tg α . sin u Ở đõy: u – Gúc profin thanh răng dụng cụ + Gúc profin thanh răng dao xọc: N Z A Y a' N-N N a'' Bb - aN Y X P 0 Z  A    X Z a y  b P a' Y M a' bd X Z    e  u   hN h  c b d    tgtg tg tg u .1 0   24 Đ7.4- GIA CễNG RĂNG BẰNG DAO XỌC RĂNG Gear cutting by Reciprocating Tools 7.4.1- Kết cấu dao xọc răng: Structure of Reciprocating tools 2) Kớch thước chung dao xọc: + Đường kớnh vũng chia: Với dao xọc răng, việc tạo hỡnh prôfin răng dao đều cùng bằng một dạng sinh của thanh răng dụng cụ, ứng với một vòng cơ sở. Do đó, khi số răng và môđun của dao đã xác định, góc ăn khớp giữa thanh răng dụng cụ với dao xọc răng không đổi khi dịch chuyển thanh răng dụng cụ vào gần hay lùi xa tâm dao xọc răng, nên tại bất kỳ tiết diện vuông góc với trục dao đều có đường kính vòng chia như nhau và được xác định bằng công thức: Dg = m *Zu = const Ở đõy: m và Zu là môđun và số răng của dao xọc. Trong khi đó, đường kính vòng đỉnh (De), đường kính vòng chân (Di) giảm dần theo chiều từ mặt trước đến mặt tựa của dao. Đường kính vòng chia được quy định theo tiêu chuẩn, bao gồm các trị số sau: 25, 38, 50, 75, 100, 125, 160 và 200mm. Khi tớnh toỏn phải chọn đường kớnh vũng chia thực tế sai khỏc ớt nhất với đường kớnh vũng chia tiờu chuẩn. 25 Đ7.4- GIA CễNG RĂNG BẰNG DAO XỌC RĂNG Gear cutting by Reciprocating Tools 2) Kớch thước chung dao xọc: - Chiều cao dao xọc: Tại tiết diện II-II có khoảng dịch chỉnh của thanh răng bằng 0, tức là m = 0. Tiết diện này được gọi là tiết diện khởi thủy. Kích thước răng dao xọc tại tiết diện khởi thủy được tính như kích thước của bánh răng tiêu chuẩn. Tại tiết diện mặt đầu I-I có khoảng dịch chỉnh dương của thanh răng m > 0. còn ở tiết diện III-III có khoảng dịch chỉnh âm: m < 0. Như vậy khoảng dịch chỉnh của dạng khởi thủy thanh răng giảm dần từ tiết diện mặt đầu I-I đến tiết diện III-III, tạo thành góc sau ở đỉnh và góc sau ở mặt bên. Biết kích thước răng trong tiết diện khởi thủy có thể xác định kích thước răng ở các tiết diện khác. Khoảng cách a từ tiết diện khởi thủy đến tiết diện mặt đầu I - I là khoảng cách khởi thủy, được tính theo công thức: Tăng khoảng cách khởi thủy a sẽ tăng số lần mài lại cho phép, do đó tăng tuổi thọ của dao, tránh được hiện tượng cắt lẹm chân răng ở bánh răng gia công; Nhưng nếu tăng a quá lớn sẽ xẩy ra hiện tượng nhọn đỉnh răng của dao.   tg m a u *max 