Đồ án thiết kế môn học Thiết kế dao CTM

Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
1
ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ DAO CTM

A/TÍNH TOÁN DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH HÌNH LĂNG TRỤ ĐỂ GIA
CÔNG CHI TIẾT CHO THEO HÌNH VẼ 1.1(DAO CÓ PHẦN CHUẨN
BỊ CẮT ĐỨT),VỚI CÁC THÔNG SỐ SAU:
VẬT LIỆU GIA CÔNG:PHÔI THANH TRÒN THÉP C45 CÓ
2
/600 mmN
B





Thuyết minh tính toán
1/phân tích chọn dụng cụ gia công
:
Chi tiết có dạng mặt ngoài tròn xoay trên đó bao gồm các mặt côn và các mặt
trụ.Cho nên ta chọn dao tiện định hình lăng trụ, cách gá thẳng.Bởi vì so với dao tiện
định hình hình tròn thì dao tiện định hình lăng trụ chế tạo dễ dàng hơn va gia công chi
tiết có độ chính xác hơn.Dao tiện định hình lăng trụ có độ cứng vững cao hơn dao
hình tròn đồng thời có thể khắc phục được sai số loại 2 còn sai số loại 1 có thể khắc
phục được.
2/chọn điểm cơ sở
Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
2
Để thuận tiện cho việc tính toán ta chọn điểm cơ sở theo nguyên tắc: điểm cơ sở là
điểm nằm ngang tâm chi tiết và xa chuẩn kẹp nhất(hoặc gần tâm chi tiết nhất).Vậy ta
chọn điểm 1 là điểm cơ sở như hình vẽ.

3/chọn góc trước γ và góc sau α
Với vật liệu gia công là phôi thanh tròn thép C45 có σ
b
=600N/mm
2

Theo bảng 3.4 tr13 [1] ta chọn : góc trước γ=20
0

góc sau α=12
0


4/Tính toán chiều cao hình dáng profin dao
Sơ đồ tính toán các thông số tại 1 điểm bất kì trên lưỡi cắt của dao như sau :


A

i
B
C
i
Ri
h
i


2
3

5
8
9
10




Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
3


Tính toán tại các điểm:
Xét điểm i bất kì trên profin chi tiết ta có điểm i’tương ứng trên profin dao.Gọi chiều
cao profin của dao tại điểm i’ là h
i
,theo hình vẽ ta có:
h
i
=τ
i
.cos(α + γ)
τ
i
=C
i
–B
C
i
=r

i
.cosγ
i

B=r
1
cosγ
1
=17.cos20
0
=15,9748(mm)
Ta có : A=r
1
sinγ
1
=r
i
sinγ
i
sinγ
i
=(r
1
/r
i
). sinγ
1

γ
i

=arcsin (r
1
/r
i
). sinγ
1

 
i
= r
i
.cos(r/r
i
.sin) – r.cos
h
i
= [r
i
.cos(r/r
i
.sin) – r.cos].cos( + )=τ
i
.cos(α +γ)


-Tính tại điểm 1,5:
r=r
1
= 17 mm
γ=γ

1
=20
0

→ A=rsinγ=17.sin20
0
=5,8143 mm
B=rcosγ=17.cos20
0
=15,9748 mm
C
1
=B=15,9748 mm
τ
1
=h
1
=0
-Tính tại điểm 2,3:
r
2
=20 mm
sinγ
2
=(r
1
/r
2
)/sinγ
1

=(17/20)/sin20
0
=0,2907
→ γ
2
=16,901
0

B=15,9748 mm
C
2
=r
2
cosγ
2
=20.cos16,901
0
=19,1363mm
→ τ
2
=C
2
-B=19,1363-15,9748=3,1615 mm
h
2
= τ
2
cos(α + γ)=3,1615.cos(12
0
+20

0
)=2,6811 mm
-Tính tại điểm 4:
r
4
=19

mm
sinγ
4
=(r
1
/r
4
).sinγ
1
=(17/19).sin20
0
=0,3060
→ γ
4
=17,819
0

B=15,9748 mm
C
4
=r
4
cosγ

4
=19.cos17,819
0
=18,0885 mm
τ
4
=C
4
-B=18,0885-15,9748=2,1137 mm
h
4
=τ
4
.cos(α+γ)=2,1137.cos(12
0
+20
0
)=1,7925 mm
-Tính tại điểm 6,7:
Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
4
r
6
=24 mm
sinγ
6
=(r
1
/r
6

).sinγ
1
=(17/24).sin20
0
=0,2423
→ γ
6
=14,02
0

B=15,9748 mm
C
6
=r
6
.cosγ
6
=24.cos14,02
0
=23,2851 mm
τ
6
=C
6
-B=23,2851-15,9748=7,3103 mm
h
6
=7,3103.cos(12
0
+20

0
)=6,1995 mm
-Tính tại điểm 8,9:
r
8
=23 mm
sinγ
8
=(r
1
/r
8
).sinγ
1
=(17/23).sin20
0
= 0,2528
→ γ
8
=14,643
0

B=15,9748 mm
C
8
=r
8
.cosγ
8
=23.cos14,643

0
=22,2529 mm
τ
8
=C
8
-B=22,2529-15,9748=6,2781 mm
h
8
=6,2781.cos(12
0
+20
0
)=5,3241 mm
-Tính tại điểm 10:
r
10
=25 mm
Sinγ
10
=(17/25)sin20
0
=0,2326 → γ
10
=13,448
0

B=15,9748 mm
C
10

=25cos13,448
0
=24,3145 mm
τ
10
=C
10
-B=24,3145-15,9748=8,3397 mm
h
10
=8,3397.cos(12
0
+20
0
)=7,0725 mm
Ta có bảng tính toán chiều cao profin dao:






Điểm



r
i
(mm)
A

(mm)
Sinγ
i

γ
i
C
i
(mm)
τ
i
(mm)
h
i
(mm)
1-5 17 5,8143 0,3420 20
0
15,9748 0 0
2-3 20 0,2907 16,9
0
19,1363 3,1615 2,6811
4 19 0,3060 17,819
0
18,0885 2,1137 1,7925
6-7 24 0,2423 14,02
0
23,2851 7,3103 6,1995
8-9 23 0,2528 14,643
0
22,2529 6,2781 5,3241

10 25 0,2326 13,448
0

24,3145 8,3397 7,0725
Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
5
Ta có hình dạng profin theo tiết diện vuông góc với mặt sau như hình vẽ






0,01




Ta có hình dạng profin theo tiết diện trùng với mặt trước




0,01

Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
6



5/Tính toán kích thước kết cấu của dao tiện định hình

Kích thước kết cấu của dao tiện định hình được chọn theo chiều cao lớn nhất của
profin chi tiết.
Ta có : t
max
=(d
max
-d
min
)/2=(48-34)/2=7 (mm)
Dựa vào bảng 3.2a -kết cấu và kích thước dao tiện định hình lăng trụ [Hướng dẫn
thiết kế dụng cụ cắt kim loại] ta có kích thước cơ bản của dao:
B=19 ; H=75 ; E=6 ; A=25 ;
F=15 ; r=0,5 ; d=6 ; M=34,46

6/Tính toán chiều rộng lưỡi cắt







Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50

7




Phần phụ profin của dụng cụ dùng để vát mép và chuẩn bị cho nguyên công cắt đứt
ra khỏi phôi có kích thước như hình trên.
Chọn kích thước của phần phụ như sau:a=b=1 mm
g: chiều rộng lưỡi dao cắt đứt,chọn g=2 mm
f:chiều rộng vát của chi tiết,chọn f=1 mm
c=f+g+1=4 mm

1
= 45
 = 45
d=(c-g)tgφ
1
+2=(4-2)tg45
0
+2=4 mm
Chiều dài của dao:L=l
c
+a+b+d+g=28+1+1+4+2=36 mm
7/Điều kiện kĩ thuật.
a. vật liệu phần cắt:thép P18
vật liệu thân dao :thép 45
b. độ cứng sau khi nhiệt luyện
-phần cắt HRC 62-65
-phần cắt thân dao HRC 30-40
c.

độ bóng:
-Mặt trước R
a
=0,32
-Mặt sau R
a
=0,63
-Mặt tựa trên thân dao thấp hơn 0,63
d.sai lệch và góc mài sắc
- Sai lệch góc trước  : 20
o
1
o

- Góc  : 45
o
1
o

- Góc 
1
: 45
o
1
o

Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
8










0,5

0,5

0,5

1
5
'



0
,
0
0
5

15
'

0,05

0,01

0,1

0,1

0,1




Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
9




B.Tính toán thiết kế dao phay định hình γ>0 để gia công chi tiết như hình
vẽ.Vật liệu chi tiết gia công 40X có σ

b
=650N/mm
2
.

Thuyết minh tính toán
1. Phân tích chi tiết và chọn dao

Chi tiết có dạng rãnh,có profin phức tạp bao gồm các đoạn thẳng và cung
tròn.Vì vậy ta chọn dao phay hình hớt lưng,là loại dao phổ biến để gia công các chi
tiết định hình.Với dạng profin phức tạp như vậy ta chỉ hớt lưng dao phay 1 lần. Để
giảm nhẹ lực cắt ta chế tạo dao có góc trước dương(γ>0).Vì chiều cao profin lớn nhất
h
cmax
=12,chiều rộng rãnh l=30,ta nhận thấy kết cấu của lưỡi cắt đủ cứng vững do đó ta
chế tạo dao có đáy rãnh thoát phoi thẳng.Vậy để gia công chi tiết này ta chế tạo dao là
dao phay định hình hớt lưng 1 lần,có góc trước dương, đáy rãnh thoát phoi thẳng.
2. Tính toán profin dao trong tiết diện chiều trục.
Sơ đồ tính


Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
10



a
hcmax
hci
hdi



R
R
i
E
F
Od
G
T
i
i'
profin chi ti?t
profin dao





Ta cần xác định profin dao trong tiết diện chiều trục
Các thông số trên sơ đồ:
Góc trước γ
Theo 2-V(V[2]) vật liệu thép 40X
ứng suất bền σ
b
=650N/mm
2
ta chọn được góc trước γ=10
0

Góc sau chính α
n
=12
0
,góc sau phụ α
1
=8
0


Chiều cao lớn nhất của profin chi tiết h
cmax
=12 mm
Bán kính đỉnh dao theo 9-V(16[2]) ta có R=55 mm
Dựng profin dao bằng đồ thị:
Xét điểm i trên chi tiết,

để gia công được điểm i thì phải có điểm i’ tương ứng
thuộc profin chi tiết.Xác định điểm i’ đó như sau.Từ điểm i trên profin chi tiết
ta dóng ngang sang phía dao cắt đường OT tại E.Lấy O làm tâm quay cung tròn
bán kính OE cắt vết mặt trước tại F.Vẽ đường cong hớt lưng acsimet cắt OT tại
G.Từ G dóng đường thẳng ngược lại phía chi tiết.Từ điểm i thuộc profin chi tiết
hạ đường thẳng vuông góc xuống đường thẳng vừa gióng ngang(∆) cắt tại điểm
i’ là điểm trên profin dao dùng để gia công điểm i trên profin chi tiết.
Theo sơ đồ tính ta có:
h
di
=GT=ET-EG=h
ci
-EG

EG là độ giáng của đường cong hớt lưng acsimet ứng với góc ở tâm β.
Ta có:


.
.
2
KZ
EG 

Mà β=γ
i
-γ
Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
11







Trong đó:
K :lượng hớt lưng
Z:số răng dao phay
Theo 9-V(16[2]) ta có K=6
Z=10
Nhận thấy rằng profin chi tiết có 1 đoạn cung tròn.Vậy profin dao cũng có 1 đoạn
cong tương ứng.ta tiến hành chia cung tròn thành 1 số điểm để tính.
L

3
=20-17+

22
1217
15,04
- Xét 1 điểm I bất kì trên cung tròn để tính toán(chia cung tròn thành 6 phần bằng
nhau).
- Xét Δ3OH,ta có góc 3OH=arcsin(h
cmax
/R)
- Xét Δ3OI,ta có IO3=α
i
,góc I3O=(180
0
-α
i
)/2
- Xét Δ3OH ,ta có góc H3O=90
0
-góc 3OH=90
0
-arcsin(h
cmax
/R)
- Xét ΔK3I ,ta cóK3I=γ
i
=góc I3O-góc H3O=90
0
-α

i
/2-(90
0
-arcsinh
cmax
/R)
=arcsin(h
cmax
/R)-α
i
/2
 γ
i
=arcsin(h
cmax
/R)-α
i
/2
h
i
=3I.cosγ
i

L
i
=3I.sinγ
i

Ta có 3I=2Rsin(α
i

/2)
=>h
i
=2Rsin(α
i
/2).cosγ
i

L
i
=2R.sin(α
i
/2).sinγ
i
+15,04
cii
i
hR
R
R
a
Sin




sin
)
sin
arcsin(

ci
i
hR
R



 




 )
sin
arcsin(
ci
hR
R
])
sin
[arcsin(
2






ci
cii

hR
RKZ
hh
Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
12

 
4
3
2
1
I
K
H
o
hi
h1
L2
Li
hcmax

Ta có bảng số liệu tính toán được như sau:
Điểm h
ci

h
di
L
i

Δ
hi

1 8 7,7126 10 0,2874
2 0 0 0 0
3 0 0 15,040 0
4 1,6705 1,6177 16,5 0,0528
5 3,5169 3,4017 17,7306 0,1152
6 5,5078 5,3200 18,7099 0,1878
7 7,6093 7,3382 19,4216 0,2711
8
9
9,7856
12
9,4198
11,5278

19,8536
19,9982
0,3658
0,4722
Ta có hình dáng profin :






Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
13

profin theo ti?t di?n h??ng k?nh
t? l? 4:1






3.Tính toán profin trong mặt trước của dao
Ta cần xác định chiều cao profin dao trong tiết diện qua mặt trước của dao để kiểm
tra dao sau khi chế tạo có đạt yêu cầu không.
Sơ đồ tính toán:

Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
14
profin
dao
profin
chi
ti?t




Từ sơ đồ ta có:
h
dti
=TF=



sin
sin.
i
R
=


sin
sin)(
ci
hR


ở trên ta đã có:












ci
hR
sin.R

sinar

Vậy ta có:



sin
sin.
sinsin).(




















cie

e
cie
dti
hR
R
arhR
h


Trong tiết diện chiều trục đoạn profin cong cũng được thay thế bằng 1 cung tròn
thay thế đi qua 1 số điểm.

Ta có bảng tính toán như sau:







Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
15


Điểm h
ci

h
dti
L

i

1 8 8,1450 10
2 0 0 0
3 0 0 15,040
4 1,6705 1,6971 16,5
5 3,5169 3,5749 17,7306
6 5,5078 5,6025 18,7099
7 7,6093 7,7461 19,4216
8
9
9,7856
12
9,9702
12,2385

19,8536
19,9982

Ta có hình dạng profin :


profin theo m?t tr??c
t? l? 4:1





3.Chọn kết cấu dao

Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
16
Các thông số kết cấu được chọn theo bảng 9-V(16[2]),thể hiện cụ thể trên bản vẽ chi
tiết.Các thông số kĩ thuật khác được thể hiện trên bản vẽ chế tạo.

3. Điều kiện kĩ thuật của dao
-Vật liệu chế tạo:thép P18
-độ cứng sau nhiệt luyện HRC=62-65
-độ bóng:
-bề mặt làm việc R
a
=0,63
-
bề mặt còn lại Ra=1,25
-Độ đảo hướng tâm của mặt trước 0,03
-Độ đảo hướng kính của các lưỡi cắt 0,03






0
,
6
3
A

110±0,5
0

,
6
3
0
,6
3
1
,
2
5
0
,
6
3

3
2
±
0
,
0
2
7

0,1

0,1

0,1


34




Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
17


C.Tính toán thiết kế dao phay đĩa modul để gia công bánh răng trụ răng
thẳng theo thông số sau:Vật liệu làm bánh răng:thép 40X có σ
b
=650
N/mm
2

Modul m=3
Số răng Z=32 răng.
Thuyết minh tính toán
Trước hết ta cần chọn 1 nhóm dao trong bộ để thiết kế ta chọn nhóm số 5(N
0
5) trong
bộ 8 dao có số răng gia công từ 26-34 răng.Vì vậy con dao ta cần thiết kế có số răng
gia công là Z=26 vì với con dao đó độ cong đường thân khai sẽ lớn vì vậy với các
bánh răng có số răng Z>26 được gia công bằng bánh răng có Z=26 sẽ có profin doãng
hơn sẽ tạo điều kiện ra vào ăn khớp dễ hơn(rãnh lớn khi ăn khớp không bị kẹt).
1.Tính toán profin dao
Profin của dao phay đĩa modun trong tiết diện chiều trục cũng là profin theo mặt
trước và trùng khít với profin trắc diện của bánh răng.
Các số liệu cần tính để vẽ:

-góc ăn khớp trên vòng chia α=20
0

-Bước răng t=m.π=3.3,14=9,42 mm
-Bán kính vòng tròn chia r
c
=m.z/2=3.26/2=39 mm
-Chiều dày răng s=mπ/2=3.3,14/2=4,71 mm
-Bán kính vòng tròn lăn r
l
=r
c
=39 mm
-Bán kính đỉnh răng r
e
=m(z+2)/2=3.(26+2)/2=42mm
-Bán kính chân răng r
f
=m(z-2,5)/2=3.(26-2,5)/2=35,25mm
-Bán kính vòng tròn cơ sở r
0
=r
c
cosα=39.cos20
0
=36,648 mm


Để vẽ profin dao ta lập hệ trục 0xy với góc ở tâm 0 của bánh răng.Giả sử có điểm
M(x,y) bất kì nằm trên profin răng với bán kính R

x
thì toạ độ x,y chính là phương
trình profin răng.

Sơ đồ tính:







Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
18
x
r



i
n
v

M

c
=
i
n
v


c



c
M
c

c




M
(x,y)
B
o
1
o
y
y
max
R
f
R
o
R
c
R

M
R
a

C
x
x
max
y

Trong đó: R
e
:bán kính đỉnh răng.
R
M
:bán kính tại điểm M(x,y)
R
c
:bán kính vòng tròn chia
R
0
:bán kính vòng tròn cơ sở
R
f
:bán kính chân răng.
Profin bao gồm 2 đoạn:

đoạn làm việc là đoạn than khai CB
đoạn không làm việc là đoạn cong chuyển tiếp thuộc khe hở
chân răng BO
1
.
Tính toán profin đoạn làm việc:

Nguyên lý tạo hình đường thân khai:


Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
19
r
0
r
M
A
B
M





r
0:
bán

kính vòng cơ sở.
r
M
bán kính véctơ ứng với điểm M
θ
M
:góc thân khai.
α
M
:góc áp lực của đường thân khai.
Nguyên lý: cho 1 đường thẳng lăn không trượt trên 1 đường tròn,thì quỹ đạo của điểm
M thuộc đường thẳng đó sẽ vẽ ra đường công thân khai.
Vậy để tạo hình lưỡi cắt thân khai ta cho điểm M chuyển động theo phương trình
đường thân khai trong khoảng bán kính r
f
≤r
M
≤r
a
.Việc xác định profin lưỡi cắt chính là

việc xác định toạ độ của tập hợp các điểm M trong hệ toạ độ đề các 0xy.
Xác định toạ độ của điểm M:
Theo sơ đồ ta có:
x=r
M
.sinδ
M
=r
M
.sin(δ
0
+θ
M
)
y= r
M
.cosδ
M
=r
M
.c
os(
δ
0
+θ
M
)
ta có θ
M
=tgα

M
-α
M
=invα
M
δ
0
=δ
c
-invα
0
=π/2z-(tgα
0
-α
0
)
ta có:
Cos
M
= r
0
/r
M





)1arcsin(
2

2
0
M
M
r
r


Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
20














Lập bảng tính toán:



Điểm r
M

x Y t=y-r
f

1 36,65 1,667399 36,612051 1,362051
2 36,984 1,712782 36,944318 1,694318
3 37,318 1,783566 37,275354 2,025354
4 37,652 1,871351 37,605467 2,355467
5 37,986 1,973154 37,934718 2,684718
6 38,320 2,087363 38,263106
3,013106
7 38,654 2,212878 38,590606 3,340606
8 38,988 2,348917 38,917178 3,667178
9 39,322 2,494888 39,242773 3,992773
10 39,656 2,650324 39,567336 4,317336
11 39,990 2,814844 39,890810 4,640810
12 40,324 2,988135 40,213133 4,963133
13 40,658 3,169929 40,534238 5,284238
14 40,992 3,360001 40,854063 5,604063
15 41,326 3,558149 41,172537 5,922537
16
17
41,660
42
3,764201
3,981911
41,489594 6,239594
41,810816 6,560816



























2
2
0

2
2
0
1arcsin1arcsin
MM
M
r
r
r
r
tg

)1arcsin1arcsin
2
sin(
2
2
0
2
2
0
00



























MM
M
r
r
r
r
tgtg
z
rx


)1arcsin1arcsin

2
cos(
2
2
0
2
2
0
00



























MM
M
r
r
r
r
tgtg
z
ry


Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
21
Hình dáng profin trong tiết diện chiều trục:








3.chọn các kích thước kết cấu dao

Kích thước kết cấu dao chọn theo 4-8(121[2]),

được thể hiện cụ thể trên bản vẽ chi
tiết.
4. Điều kiện kĩ thuật
-Vật liệu dao : thép P9
-Độ cứng phần cắt đạt HRC=62-65
-Độ đảo tâm của đường kính ngoài 0,03
-Độ đảo mặt đầu0,03
Nguyễn Hữu Thắng CTM3-K50
22
-sai lệch chiều dày răng 0,025
-Độ bóng:+mặt trước,mặt lỗ gá dao và các măt tựa không thấp hơn 0,32
+mặt hớt lưng của hình dáng răng không thấp hơn 0,64







0
,
3
2

27

0,023

70


0,1

0,028

0,015
0,32

0,1
A
A