thiết kế, mô phỏng cơ cấu bánh răng cầu cho đồ gá n chiều

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP





LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY






THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG CƠ CẤU BÁNH RĂNG CẦU
CHO ĐỒ GÁ N CHIỀU

LÃ ĐỖ KHÁNH LINH











THÁI NGUYÊN, NĂM 2010

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP






LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG CƠ CẤU BÁNH RĂNG CẦU
CHO ĐỒ GÁ N CHIỀU











Ngành: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Mã số:
Học viên: LÃ ĐỖ KHÁNH LINH
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. HOÀNG VỊ

THÁI NGUYÊN, NĂM 2010

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc




THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT





ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG CƠ CẤU BÁNH RĂNG CẦU
CHO ĐỒ GÁ N CHIỀU



Học viên: Lã Đỗ Khánh Linh

Lớp: K11 - CNCTM
Chuyên ngành: Công nghệ Chế tạo máy
Ngƣời HD khoa học: TS. Hoàng Vị
Ngày giao đề tài: 01/11/2009
Ngày hoàn thành: 30/08/2010



NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC





TS. HOÀNG VỊ
HỌC VIÊN





LÃ ĐỖ KHÁNH LINH

DUYỆT BGH

KHOA SAU ĐẠI HỌC






Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tổng hợp và nghiên
cứu. Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo nhƣ đã nêu trong phần tài
liệu tham khảo đã đƣợc trích dẫn. Các kết quả kết quả tính toán, mô phỏng đƣợc
thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Hoàng Vị là trung thực và chƣa tng đƣợc
công bố trong bấ t kỳ công trì nh nà o khá c.


Tác giả


Lã Đỗ Khánh Linh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
Lời cảm ơn

Bằng tất cả sự kính trọng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Hoàng
Vị- người đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành
luận văn.
Đồng thời, em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp, Khoa Đào tạo sau đại học, Ban giám hiệu trường Cao đẳng
Kinh tế - Kỹ thuật đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập,
nghiên cứu và thực hiện bản luận văn này.
Xin cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và người thân đã động viên giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!


Tác giả


Lã Đỗ Khánh Linh











Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5

MỤC LỤC

Nội dung
Trang
Trang phụ bìa
2
Lời cam đoan
3
Lời cảm ơn
4
Mục lục
5
Danh mục chữ viết tắt
9
Danh mục các hình vẽ, ảnh chụp
10
Phần mở đầu
13
1.
Tính cấp thiết của đề tài.
13
2.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
13
3.
Phƣơng pháp nghiên cứu.
14
4.
Nội dung nghiên cứu.
14

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ VÀ KẸP CHẶT
15
1.1.
Đồ gá gia công cơ.
15

1.1.1. Giới thiệu về đồ gá gia công cơ.
15

1.1.2. Các dạng đồ gá phân độ.
15

1.1.2.1. Đồ gá phân độ trụ.
15

1.1.2.2. Đồ gá phân độ không gian.
16
1.2.
Mô hình và nguyên lý hoạt động của đồ gá N chiều.
20
1.3.
Kết luận.
21
CHƢƠNG 2. CƠ CẤU BÁNH RĂNG CẦU VÀNH RĂNG THÂN KHAI
22
2.1.
Sự hình thành cơ cấu bánh răng cầu.
23

2.1.1. Sự hình thành bề mặt vành răng cầu thân khai.

23

2.1.2. Sự hình thành bánh răng cầu vành răng cầu thân khai.
24
2.2.
Đặc điểm kết cấu và lắp ghép của cơ cấu bánh răng cầu.
25

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
2.3.
Đặc điểm truyền động của cơ cấu bánh răng cầu.
27
2.4.
Điều kiện ăn khớp đúng của cơ cấu bánh răng cầu.
27
2.5.
Điều kiện truyền động liên tục của cơ cấu bánh răng cầu.
28
2.6.
Phƣơng trình tham số biên dạng răng ∑1 của bánh răng thứ nhất.
28
2.7.
Phân tích động học của bánh răng cầu.
33

2.7.1. Mô hình toán học chuyển động của cơ cấu bánh răng cầu.
33

2.7.2. Phân tích động học của bánh răng cầu.
34

2.7.3. Phân tích động học của cơ cấu đĩa răng - bánh răng cầu.
38
2.8.
Kết luận.
39
CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU ĐĨA RĂNG - BÁNH
RĂNG CẦU
41
3.1.
Tính toán thông số bộ truyền.
41

3.1.1. Tính toán thông số biên dạng bánh răng cầu.
42

3.1.2. Tính toán thông số biên dạng đĩa răng.
43
3.2.
Thiết kế bộ truyền đĩa răng – bánh răng cầu.
45

3.2.1. Giới thiệu phần mềm Pro/Engineer Wildfile 3.0.
45

3.2.2. Thiết kế bánh răng cầu.
46

3.2.3. Thiết kế đĩa răng.
49
3.3.
Phƣơng pháp chế tạo bộ truyền.
51

3.3.1 .Phƣơng pháp chép hình.
51

3.3.1.1. Phƣơng pháp tiện chép hình.
51

3.3.1.2. Phƣơng pháp phay chép hình.
52

3.3.2 .Phƣơng pháp bao hình.
53

3.3.2.1. Phƣơng pháp tiện bao hình.
53

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7

3.3.2.2 Phƣơng pháp phay bao hình.
55

3.3.2.3 Phƣơng pháp mài bao hình.
57

3.4.
Kết luận.
58
CHƢƠNG 4. THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN PHÂN ĐỘ CHO ĐỒ GÁ
N CHIỀU
59
4.1.
Tính toán phân độ cho chi tiết có đƣờng tâm lỗ gia công hoặc pháp
tuyến của mặt phẳng gia công giao nhau với trục Z của hệ thống.
59

4.1.1. Tính toán điều chỉnh đồ gá để đƣa đƣờng tâm lỗ gia công về vị
trí thẳng đứng.
61

4.1.2. Tính toán điều chỉnh để đƣa đƣờng tâm lỗ gia công về trùng vị
trí tâm dụng cụ cắt.
62
4.2.
Tính toán phân độ cho chi tiết có đƣờng tâm lỗ gia công chéo nhau
với trục Z của hệ thống và song song với mặt phẳng Y
1
O
1
Z
1.

64

4.2.1. Tính toán điều chỉnh đồ gá để đƣa đƣờng tâm lỗ gia công về vị

trí thẳng đứng.
65

4.2.2. Tính toán điều chỉnh để đƣa đƣờng tâm lỗ gia công về trùng vị
trí tâm dụng cụ cắt.
66
4.3.
Tính toán phân độ cho chi tiết có đƣờng tâm lỗ gia công chéo nhau
với trục Z của hệ thống và song song với mặt phẳng X
1
O
1
Z
1.

67
4.4.
Tính toán phân độ cho chi tiết có đƣờng tâm lỗ gia công chéo nhau
với trục Z của hệ thống và không song song với mặt phẳng X
1
O
1
Z
1

và Y
1
O
1
Z

1.

68

4.2.1 Tính toán điều chỉnh đồ gá để đƣa đƣờng tâm lỗ gia công về vị
trí thẳng đứng.
70

4.2.2. Tính toán điều chỉnh để đƣa đƣờng tâm lỗ gia công về trùng vị
trí tâm dụng cụ cắt.
70
4.5.
Thiết kế mô hình đồ gá.
72

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
4.6.
Kết luận.
73
CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN
75
5.1. Kết quả nghiên cứu.
75
5.2. Hƣớng phát triển của đề tài.
75
TÀI LIỆU THAM KHẢO
76

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9
DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
CNC
Computer Numerical Control
CAD
Computer Aided Design
CAM
Computer Aided Manufacturing
CAE
Computer Aided Engineering
















Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ - ẢNH CHỤP
TT
Hình
Nội dung
Trang
1
Hình 1.1.
Mâm xoay
16
2
Hình 1.2.
Đầu phân độ vạn năng
16
3
Hình 1.3.
Chi tiết nút giàn composite
17
4
Hình 1.4.
Chi tiết nút giàn mạ điện phân
17
5
Hình 1.5.
Mâm xoay vạn năng
18
6
Hình 1.6.
Cơ cấu Hexapod

19
7
Hình 1.7.
Trung tâm gia công tiện phay
19
8
Hình 1.8.
Mô hình đồ gá N chiều
20
9
Hình 2.1.
Bánh răng cầu Trallfa
22
10
Hình 2.2.
Cơ cấu bánh răng cầu vành răng thân khai
23
11
Hình 2.3.
Sự hình thành bề mặt vành răng thân khai
23
12
Hình 2.4.
Sự hình thành bánh răng cầu vành răng thân khai
25
13
Hình 2.5.
Sơ đồ lắp ghép của cơ cấu bánh răng cầu
26
14

Hình 2.6.
Hình côn ăn khớp của cơ cấu bánh răng cầu
26
15
Hình 2.7.
Hệ trục tọa độ của bánh răng cầu vành răng thân
khai
29
16
Hình 2.8.
Hệ trục tọa độ của bánh răng cầu
31
17
Hình 2.9.
Phép quay của hai hệ trục tọa độ quanh trục
34
18
Hình 2.10.
Mối quan hệ của góc quay và tọa độ trong truyền
động của bánh răng cầu
35
19
Hình 2.11.
Hệ trục tọa độ của cơ cấu đĩa răng – bánh răng cầu
38
20
Hình 3.1.
Cơ cấu đĩa răng – bánh răng cầu
41
21

Hình 3.2a.
Bánh răng cầu lồi
42
22
Hình 3.2b.
Bánh răng cầu lõm
42
23
Hình 3.3.
Biên dạng bánh răng thân khai
43

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
24
Hình 3.4a.
Đĩa răng lồi
43
25
Hình 3.4b.
Đĩa răng lõm
44
26
Hình 3.5.
Dạng răng của thanh răng
44
27
Hình 3.6.
Giao diện của phần mềm Pro/E 3.0

45
28
Hình 3.7.
Các modul của phần mềm Pro/E 3.0
46
29
Hình 3.8.
Khai báo tham số
47
30
Hình 3.9.
Khai báo Relations
47
31
Hình 3.10.
Phƣơng trình đƣờng than khai
48
32
Hình 3.11.
Biên dạng đoạn răng thân khai
48
33
Hình 3.12.
Chi tiết bánh răng cầu
49
34
Hình 3.13.
Khai báo tham số và quan hệ cho đĩa răng
50
35

Hình 3.14.
Biên dạng khởi thủy của đĩa răng
50
36
Hình 3.15.
Chi tiết đĩa răng
51
37
Hình 3.16.
Sơ đồ tiện chép hình bánh răng cầu
52
38
Hình 3.17.
Sơ đồ phay chép hình bánh răng cầu
53
39
Hình 3.18.
Sơ đồ tiện bao hình bánh răng cầu
54
40
Hình 3.19a.
Mô hình tiện bao hình bánh răng cầu (dạng wide
frame)
54
41
Hình 3.19b.
Mô hình tiện bao hình bánh răng cầu (dạng solid)
55
42
Hình 3.20.

Sơ đồ phay bao hình bánh răng cầu
55
43
Hình 3.21a.
Mô hình phay bao hình bánh răng cầu (dạng wide
frame)
56
44
Hình 3.21b.
Mô hình phay bao hình bánh răng cầu (dạng solid)
57
45
Hình 3.22.
Mô hình máy mài bánh răng cầu
58
46
Hình 4.1.
Mô hình tính toán phân độ chi tiết có đƣờng tâm lỗ
gia công giao nhau với trục Z của hệ thống
60

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
47
Hình 4.2.
Mô hình tính toán điều chỉnh đồ gá để đƣa đƣờng
tâm lỗ gia công về trùng vị trí tâm dụng cụ cắt.
63
48

Hình 4.3.
Mô hình tính toán phân độ cho chi tiết có đƣờng
tâm lỗ gia công chéo nhau với trục Z của hệ thống
và song song với mặt phẳng Y
1
O
1
Z
1

64
49
Hình 4.4.
Mô hình tính toán điều chỉnh đồ gá để đƣa đƣờng
tâm lỗ gia công về trùng vị trí tâm dụng cụ cắt.
66
50
Hình 4.5.
Mô hình tính toán phân độ cho chi tiết có đƣờng
tâm lỗ gia công chéo nhau với trục Z của hệ thống
và không song song với các mặt phẳng X
1
O
1
Z
1
và
Y
1
O

1
Z
1
.
68
51
Hình 4.6.
Tính toán điều chỉnh đồ gá để đƣa đƣờng tâm lỗ
gia công về trùng vị trí tâm dụng cụ cắt.
71
52
Hình 4.7.
Mô hình phía trƣớc đồ gá N chiều
72
53
Hình 4.8.
Mô hình phía sau đồ gá N chiều
73






Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Đồ gá gia công cơ là một loại trang bị công nghệ nhằm xác định vị trí chính

xác của chi tiết gia công so với dụng cụ cắt, đồng thời giữ vững vị trí đó trong suốt
quá trình gia công. Trong lĩnh vực gia công cơ khí đồ gá đóng một vai trò hết sức
quan trọng. Nó ảnh hƣởng rất lớn đến năng suất, chất lƣợng và giá thành sản phẩm.
Đồ gá không chỉ là thiết bị để định vị và kẹp chặt chi tiết trong quá trình gia công
nó còn là thiết bị mở rộng khả năng công nghệ của các máy công cụ, đặc biệt là các
máy vạn năng. Thiết kế chế tạo đồ gá hợp lý sẽ làm giảm thời gian phụ và sức lao
động của công nhân. Các chi tiết trong ngành cơ khí rất đa dạng, rất nhiều chi tiết có
những bề mặt giống nhau hoặc không giống nhau phân bố bất kỳ trong không gian.
Trong phạm vi của đề tài này tác giả quan tâm đến các phƣơng pháp phân độ để giải
quyết vấn đề đó.
T vấn đề nêu ra trên đây tác giả đƣa ra ý tƣởng thiết kế đồ gá có thể phân độ
góc bất kỳ trong một phạm vi không gian, quá trình điều khiển phải đơn giản và
thuận tiện phù hợp với thực tiễn sản xuất của Việt Nam. Đồ gá sử dụng cơ cấu “
bánh răng cầu ” làm cơ cấu chủ đạo.
Vì vậy đề tài tập trung vào việc: “Thiết kế, mô phỏng cơ cấu bánh răng cầu
cho đồ gá N chiều”.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
a.Ý nghĩa khoa học.
Trong thực tế nhiều chi tiết có các bề mặt rất phức tạp, vị trí của các mặt phẳng
và lỗ nằm ngoài khả năng gia công của các máy vạn năng nếu không có các đồ gá đi
kèm. Chế tạo đồ gá cho mỗi loại chi tiết là điều hết sức tốn kém, đặc biệt trong sản
xuất đơn chiếc loạt nhỏ. Đề tài nghiên cứu đƣa ra một phƣớng pháp phân độ mới,
mở ra khả năng gia công các mặt phẳng và lỗ cho nhiều chi tiết phức tạp trên máy
vạn năng.
b.Ý nghĩa thực tiễn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
Thiết kế, mô phỏng cơ cấu bánh răng cầu làm cơ sở cho việc chế tạo đồ gá N

chiều và những nghiên cứu ứng dụng của cơ cấu này vào điều kiện thực tế tại Việt
Nam.
3. Phƣơng pháp nghiên cứu.
- Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với xây dựng và mô phỏng mô
hình .
- Khảo sát mô hình toán học của cơ cấu bánh răng cầu, sự hình thành bề mặt
của bánh răng cầu, những đặc điểm về kết cấu và truyền động của cơ cấu bánh răng
cầu. Phân tích động học cơ cấu bánh răng cầu và đĩa răng.
- Tính toán thiết kế cơ cấu đĩa răng - bánh răng cầu.
- Thiết kế mô hình và tính toán phân độ cho đồ gá N chiều.
4. Nội dung nghiên cứu và kết quả dự kiến của đề tài.
- Nghiên cứu tổng quan về thiết bị định vị và kẹp chặt
- Khảo sát mô hình hình học bề mặt bánh răng cầu.
- Tính toán, thiết kế cơ cấu đĩa răng - bánh răng cầu.
- Thiết kế mô hình và tính toán phân độ cho đồ gá N chiều.
- Kết luận và đánh giá kết quả.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐỊNH VỊ VÀ KẸP CHẶT
1.1. Đồ gá gia công cơ.
1.1.1. Giới thiệu về đồ gá gia công cơ.
Chất lƣợng sản phẩm cơ khí, năng suất lao động và giá thành là những chỉ tiêu
kinh tế kỹ thuật quan trọng trong sản xuất cơ khí. Để đảm bảo các chỉ tiêu trên trong
quá trình chế tạo các sản phẩm cơ khí , ngoài máy công cụ và dụng cụ cắt trên máy
còn cần có các loại đồ gá phù hợp. Đồ gá gia công cơ có nhiệm vụ xác định vị trí
chính xác của chi tiết gia công so với dụng cụ cắt đồng thời giữ vị trí đó trong suốt
quá trình gia công. Dƣới đây là một số công dụng chủ yếu của đồ gá gia công cơ:
- Đảm bảo độ chính xác vị trí của bề mặt gia công. Nhờ đồ gá để gá đặt chi tiết,

có thể xác định một cách chính xác vị trí tƣơng đối của chi tiết gia công đối với máy
và dao cắt, hơn nữa có thể đạt đƣợc độ chính xác vị trí này một cách ổn định, tin cậy
và nhanh chóng.
- Nâng cao năng suất lao động. Sau khi sử dụng đồ gá có thể loại bỏ đƣợc các
công việc mất nhiều thời gian và đòi hỏi công nhân có tay nghề cao nhƣ vạch dấu
và so dao, nhờ vậy có thể giảm đáng kể thời gian phụ. Ngoài ra, dùng đồ gá gá đặt
chi tiết có thể dễ dàng kẹp chặt đồng thời nhiều chi tiết hoặc gia công nhiều vị trí
làm giảm thời gian phụ, khi dùng các đồ gá có mức độ tự động hóa cao có thể giảm
đáng kể thời gian phụ, làm tăng cao năng suất lao động. Sử dụng các loại đồ gá điều
khiển số không những nâng cao năng suất lao động mà còn làm tăng độ chính xác
gia công, giảm sai số gá đặt nhờ việc gia công đồng thời nhiều bề mặt trên một lần
gá.
- Mở rộng phạm vi sử dụng của máy công cụ. Trên các máy công cụ sử dụng
đồ gá vạn năng có thể mở rộng khẳ năng công nghệ của máy.
- Giảm nhẹ cƣờng độ lao động và không yêu cầu công nhân có trình độ tay
nghề cao.
1.1.2. Các dạng đồ gá phân độ.
1.1.2.1 . Đồ gá phân độ trụ.
Các chi tiết máy có những bề mặt hoặc vị trí gia công phân bố trên đƣờng tròn
hoặc bề mặt trụ là rất phổ biến nhƣ rãnh thoát phoi của các loại dụng cụ tròn xoay,

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

16
bánh răng, trục then hoa… Để gia công các bề mặt hoặc các vị trí này thông thƣờng
sử dụng các loại đồ gá phân độ trụ nhƣ mâm xoay hoặc đầu phân độ vạn năng. Với
các phƣơng pháp phân độ thông dụng:
+ Phân độ trực tiếp.
+ Phân độ đơn giản với đĩa lỗ.
+ Phân độ vi sai.

Các loại đồ gá này đã đƣợc tiêu chuẩn hóa có thể gia công đƣợc các loại chi tiết
khác nhau. Có khả năng phân độ chi tiết thành các phần đều nhau hoặc không đều
nhau, đƣợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất đơn chiếc loạt nhỏ.
1.1.2.2. Đồ gá phân độ không gian.
Ngoài những dạng chi tiết có các bề mặt gia công phân bố trên mặt trụ còn có rất
Hình 1.1. Mâm xoay.

Đĩa lỗ phân độ trực tiếp
Đầu phân độ
Hình 1.2. Đầu phân độ vạn năng.
Tay gạt chốt định vị phân độ trục tiếp

Chốt định vị
đĩa lỗ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17
nhiều dạng chi tiết có các bề mặt gia công phân bố trên mặt cầu hoặc phân bố bất kỳ
trong không gian.

Hình 1.3. Chi tiết nút giàn composite.

Hình 1.4. Chi tiết nút giàn mạ điện phân.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

18
Để tiến hành gia công cho các chi tiết dạng này cần phân độ lần lƣợt cho các bề
mặt. Có thể sử dụng một số phƣơng pháp phân độ sau cho những dạng chi tiết này:
- Phân độ sử dụng đồ gá vạn năng.
- Phần độ sử dụng cơ cấu Hexapod.
- Phân độ trên các trung tâm gia công.
a. Phân độ sử dụng đồ gá vạn năng.
Dạng đồ gá đƣợc sử dụng là mâm xoay vạn năng. Chi tiết đƣợc gá trên mâm
xoay và có thể quay toàn vòng xung quanh trục quay thứ nhất. Toàn bộ cơ cấu và
chi tiết lại có thể quay lắc xung quanh trục quay thứ hai. Loại đồ gá này đã đƣợc
tiêu chuẩn hóa. Công việc phân độ đƣợc tiến hành hoàn toàn thủ công nên năng suất
thấp và dễ dẫn đến sai sót trong quá trình phân độ, đặc biệt đối với những chi tiết
bao gồm nhiều góc độ phức tạp

b. Phân độ sử dụng cơ cấu Hexapod.
Hexapod là một loại cơ cấu song song gồm sáu chân, có khả năng chuyển động
rất linh hoạt. Cơ cấu hexapod sử dụng để phân độ trong gia công cơ khí có cấu tạo
gồm hai tấm đế, một tấm cố định và một tấm dịch chuyển tự do, chúng ràng buộc
với nhau bởi 6 xilanh liên kết khớp cầu ở hai đầu. Quá trình phân độ đƣợc thực hiện
nhờ việc điều khiển các xi lanh mang tấm đế dịch chuyển tự do tạo cho chi tiết gá
trên đó các góc độ xác định để có thể tiến hành gia công. Loại đồ gá này có ƣu điểm
là rất linh hoạt, đồng thời có độ cứng vững cao. Tuy nhiên việc tính toán điều khiển
hết sức phức tạp.
Hình 1.5. Mâm xoay vạn năng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

19

c. Phân độ trên các trung tâm gia công.
Phân độ không gian trên các trung tâm gia công tiện-phay, các trung tâm gia
công đa năng hoàn toàn không đƣợc thực hiện bởi đồ gá. Quá trình gia công các bề
mặt phân bố trong không gian đƣợc thực hiện nhờ sự dịch chuyển, thay đổi góc độ
của trục dao kết hợp với chuyển động quay tròn của phôi. Quá trình này đƣợc thực
hiện rất linh hoạt với độ chính xác cao.










Hình 1.6. Cơ cấu Hexapod.

Hình 1.7. Trung tâm gia công tiện-phay.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun

20
1.2. Mơ hình và ngun lý hoạt động của đồ gá N chiều
T những vấn đề đã nêu trên tác giả đƣa ra ý tƣởng thiết kế một loại đồ gá N

chiều có khả năng phân độ góc bất kỳ trong một phạm vi trong khơng gian. Q
trình phân độ phải đơn giản thuận tiện. Đồ gá sử dụng cơ cấu bánh răng cầu làm cơ
cấu chủ đạo. Đồ gá đƣợc thiết kế nhằm mục đích mở rộng khả năng cơng nghệ của
máy phay vạn năng đặc biệt là máy phay đứng vạn năng.
Bộ phận cơ bản của đồ gá là cơ cấu bánh răng cầu vành răng thân khai ăn khớp
với đĩa răng. Đĩa răng nằm trên hai cơ cấu dẫn hƣớng theo hai trục OX và OY lần
lƣợt song song với bàn dao dọc và bàn dao ngang của máy phay. Phía trên bánh
răng cầu là bàn gá kẹp chi tiết gia cơng.
Mặt bàn gá
Bánh răng cầu
Đóa răng
Động cơ
Y
Cơ cấu
dẫn hướng
Z
X
O
O0

Hình 1.8. Mơ hình đồ gá N chiều.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21
Để phân độ cho chi tiết gia công một góc bất kỳ trong không gian đĩa răng sẽ
đƣợc điều khiển dịch chuyển theo hai trục OX và OY. Đĩa răng dịch chuyển theo
hai trục trên hai cơ cấu dẫn hƣớng. Mỗi thành phần chuyển động đƣợc truyền động
bởi một động cơ thông qua cơ cấu vít me. Khi đĩa răng dịch chuyển theo 2 trục làm
bánh răng cầu đƣợc gá trên giá có hai trục quay sẽ quay những góc độ tƣơng ứng

quanh tâm O
0
trên hai mặt phẳng ZOX và ZOY.
1.3. Kết luận
Đỗi với mỗi phƣơng pháp phân độ không gian đều có những ƣu điểm và nhƣợc
điểm riêng. Phân độ bằng mâm xoay vạn năng cho năng suất thấp, dễ sai sót trong
quá trình phân độ, đặc biệt đối với những chi tiết có nhiều góc độ phức tạp trong
không gian. Phân độ bằng cơ cấu Hexapod tuy cơ cấu hoạt động rất linh hoạt và có
độ cứng vững cao. Hiện nay trong nƣớc cũng đã có rất nhiều công trình nghiên cứu
về ứng dụng của cơ cấu này nhƣng việc tính toán lập trình điều khiển hết sức phức
tạp. Đối với phƣơng pháp phân độ trên các trung tâm gia công tiện – phay và các
trung tâm gia công đa năng mặc dù có rất nhiều ƣu điểm nhƣ cho độ chính xác cao,
khả năng gia công linh hoạt với các chủng loại chi tiết lớn. Tuy nhiên bài toán đặt ra
ở đây là bài toán đầu tƣ, không phải nhà máy hoặc cơ sở sản xuất nào cũng có khả
năng và chấp nhận đầu tƣ nếu không đảm bảo mang lại hiệu quả kinh tế.
Đồ gá N chiều cơ cấu bánh răng cầu ăn khớp với đĩa răng mở ra khả năng gia
công các sản phẩm phức tạp trên các máy vạn năng, hiện đại hóa và nâng cao hiệu
quả sử dụng máy. Nghiên cứu này cũng là tiền đề cho việc phát triển đồ gá này trở
thành đồ gá CNC.




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

22
CHƢƠNG 2. CƠ CẤU BÁNH RĂNG CẦU VÀNH RĂNG THÂN KHAI
Bánh răng cầu là một cơ cấu truyền động bánh răng mới với hai bậc tự do, nó
có thể truyền moment và lực trong không gian. Đó là điểm khác biệt cơ bản của
bánh răng cầu đối với những cơ cấu bánh răng một bậc tự do đã biết trƣớc đây. Cơ

cấu bánh răng cầu đƣợc phát minh bởi A.H.Kulin ngƣời Liên Xô và lần đầu tiên
đƣợc sử dụng trong cổ tay của robot công nghiệp ở nhà máy Trallfa ở Norway và
đƣợc gọi là cơ cấu bánh răng cầu Trallfa (hình 2.1). Cơ cấu bánh răng cầu Trallfa
gồm một chiếc đƣợc cắt các hình côn lõm trên bề mặt cầu và cái còn lại có các hình
côn lồi phân bố trên mặt cầu, chúng ăn khớp và truyền chuyển động thông qua các
bề mặt côn côn đó. Bánh răng cầu Trallfa có hai nhƣợc điểm là tồn tại sai số tỉ số
truyền và khó chế tạo. Tuy nhiên các cơ cấu nhƣ cổ tay rôbốt phun sơn không yêu
cầu độ chính xác động học nên có thể sử dụng cơ cấu này để truyền động.









Đối với các cơ cấu yêu cầu độ chính xác động học thì cơ cấu này không đáp
ứng đƣợc và cơ cấu bánh răng cầu vành răng thân khai (hình 2.2) đã ra đời vào
những năm 90 của thế kỷ trƣớc. Cơ cấu bánh răng cầu vành răng thân khai [5] đƣợc
ứng dụng vào các lĩnh vực nhƣ: cổ tay và cánh tay rôbôt, hàng không vũ trụ, cơ cấu
dẫn hƣớng trong tên lửa, hệ thống điều khiển ăng ten vệ tinh …Bánh răng cầu vành
răng thân khai có vành răng phân bố liên tục trên bề mặt cầu.



Hình 2.1. Bánh răng cầu Trallfa.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

23

2.1. Sự hình thành cơ cấu bánh răng cầu
2.1.1. Sự hình thành bề mặt vành răng cầu thân khai
Trên hình 2.3 mô tả nguyên tắc hình thành bề mặt vành răng thân khai. Ở đây C
là đƣờng tròn cơ sở, KK là đƣờng sinh, N và S là hai giao điểm của mặt cầu cơ sở
với trục quay, KK và trục quay nằm trong mặt phẳng với đƣờng tròn cơ sở.










Hình 2.2. Cơ cấu bánh răng cầu vành răng thân khai.

Hình 2.3.Sự hình thành bề mặt vành răng thân khai.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

24

Khi đƣờng sinh KK lăn không trƣợt trên đƣờng tròn cơ sở và quay xung quanh trục
quay, quỹ tích của các điểm trên đƣờng sinh KK sẽ hình thành nên biên dạng răng
cong của bánh răng cầu. Mặt cầu cơ sở là quỹ tích của các điểm nằm trên đƣờng
tròn cơ sở. Rõ ràng biên dạng răng cong trên bất kỳ mặt cắt nào đi qua trục xoay
đều là đƣờng thân khai, và tất cả các đƣơng thân khai tạo thành một mặt cong. Vì

vậy, biên dạng răng cong là một vành cong thân khai.
Một số thuật ngữ dùng cho bộ truyền bánh răng cầu:
+ Trục cực: Là đường thẳng đi qua tâm hình cầu và vuông góc bề mặt vành
răng. Nó cũng là trục quay gia khi công bánh răng cầu.
+ Vành răng: Được hình thành bởi mặt cắt của bề mặt một răng quay 360
0

xung quanh trục cực.
+ Bánh răng lồi: Một bánh răng cầu ở phía cuối của trục cực răng là một răng
lồi tròn xoay.
+ Bánh răng lõm: Một bánh răng cầu ở phía cuối của trục cực răng là một
rãnh răng tròn xoay.
+ Đỉnh răng cầu: Là hình cầu tạo bởi vòng tròn đỉnh răng của bề mặt răng
quay 360
0
xung quanh trục cực.
+ Chân răng cầu : Là hình cầu tạo bởi vòng tròn chân răng của bề mặt răng
quay 360
0
quanh trục cực.
7. Cầu chia: Là hình cầu do vòng chia của bề mặt bánh răng quay 360
0
xung
quanh trục cực.
8. Cầu cơ sở: Là hình cầu đường do vòng tròn cơ sở của bề mặt răng quay
360
0
xung quanh trục cực.
9. Hình côn hoạt động: Là tập hợp điểm của bánh răng cầu hoạt động.
10. Chiều dày răng: là chiều dày răng của một bánh răng trụ có cùng biên

dạng răng như bánh răng cầu.
2.1.2. Sự hình thành bánh răng cầu vành răng thân khai.
Bánh răng cầu vành răng thân khai hình thành nhờ một đoạn biên dạng răng của
bánh răng trụ thân khai quay 360
0
xung quanh đƣờng thẳng đi qua tâm và trung