NGHIÊN cứu PHÁT TRIỂN THIẾT kế và CHẾ tạo máy PHAY lăn RĂNG CNC PHỤC vụ đào tạo

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÁY PHAY LĂN
RĂNG CNC PHỤC VỤ ĐÀO TẠO
RESEARCHING DESIGN DEVELOPMENT AND MANUFACTURING THE GEAR
HOBBING CNC MACHINE SERVED IN EDUCATION
Đặng Minh Phụng, Lê Hiếu Giang, Lê Linh, Trương Nguyễn Luân Vũ, Trần Tiến Phát
Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM
, ,
,
TÓM TẮT
Ngày nay, công nghệ gia công chi tiết máy trong đó có bánh răng tại các nước phát triển
đã đạt mức hoàn thiện cao nhờ các máy điều khiển số CNC. Dây chuyền gia công bánh răng
gần như khép kín từ khâu gia công phôi đến khâu cắt răng, cạo răng, mài răng,… và ra sản
phẩm bánh răng hoàn thiện. Trong khi đó ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu về máy gia
công bánh răng là chưa nhiều, đặc biệt là nghiên cứu về máy phay lăn răng CNC. Bài báo này
trình bày một số kết quả nghiên cứu phát triển thiết kế và chế tạo máy phay lăn răng CNC
phục vụ cho đào tạo. Kết quả thử nghiệm cho thấy phay lăn răng CNC hoạt động ổn định hơn,
độ cứng vững được cải thiện. Kết quả này sẽ là kết quả tham khảo tốt cho việc phát triển lên
máy phay lăn răng CNC công nghiệp đầu tiên tại Việt Nam, giúp nâng cao quá trình tự động
hóa và năng suất gia công cơ khí chế tạo máy.
Từ khóa: máy phay, lăn răng, CNC, răng thẳng, răng nghiêng
ABSTRACT
Nowadays, in the developed countries, technology of manufacturing machinery parts
including gears has reached a high level of perfection thanks to computerized numerical
control (CNC) machines and gear manufacturing is almost a closed line from the stages of
manufacturing work pieces, cutting, hobbing and grinding gears to the end product.
Meanwhile, in Vietnam, there have not been many studies on gear cutting machines,
especially on gear hobbing CNC machines. This paper presents the results of the study of
researching design development and manufacturing gear hobbing CNC machine served in
education.Test results showed that the gear hobbing CNC machine worked more stably and

manufacturing precision was improved. The results will be a good reference to develop the
first industrial gear hobbing CNC machine in Viet Nam, to improve the level of automation
and productivity in machinery manufacturing.
Keywords: milling, hobbing, CNC, straight gear, hexlical gear
1. GIỚI THIỆU
Hiện nay, nền công nghiệp Việt Nam đang trên đà phát triển nhanh chóng, cùng với sự
phát triển đó vai trò của ngành công nghiệp phụ trợ cũng ngày càng tăng lên. Các sản phẩm
như bánh răng, bánh vít hay bánh nhông đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản
xuất, tuy nhiên phần lớn các sản phẩm này hoặc được nhập khẩu về, hoặc được sản xuất trong
nước nhờ vào các công nghệ nhập khẩu hiện đại.
Công nghệ sản xuất bánh răng bằng phương pháp phay lăn răng, đặc biệt là máy phay
lăn răng dưới sự điều khiển của máy tính (CNC) đang dần thay thế nhanh chóng phương pháp
phân độ truyền thống nhờ vào các ưu điểm vượt trội như năng suất cao, độ chính xác cao, có
khả năng tự động hóa toàn bộ các khâu,…
223


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Nhận thấy được tầm quan trọng của việc sở hữu công nghệ phay lăn răng CNC, nhóm
nghiên cứu trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM đã nghiên cứu phát triển thiết kế và
chế tạo máy phay lăn răng CNC. Sản phẩm này bước đầu đã đáp ứng được nhu vầu về nghiên
cứu, giảng dạy, học tập của giảng viên và sinh viên. Sau đó thông qua quá trình kiểm nghiệm,
nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục đánh giá và cải tiến máy để đáp ứng được nhu cầu sản xuất công
nghiệp và dần thay thế các máy phay lăn răng CNC nhập khẩu. Bài báo cáo này trình bày các
kết quả nghiên cứu phát triển thiết kế và chế tạo máy phay lăn răng CNC được thực hiện tại
trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM.
2. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CẤU CƠ KHÍ

Hình 1. Sơ đồ động máy phay lăn răng CNC
Có 2 phương án thiết kế cho máy lăn răng CNC:

- Phương án 1: phần đầu dao được giữ cố định và phần gá phôi chuyển động tịnh tiến,
phương án này có ưu điểm là nguyên lý hoạt động đơn giản, lắp đặt và thay thế dễ dàng. Tuy
nhiên lại có nhược điểm là độ chính xác không cao, dễ gây ra sai số trong quá trình gia công,
do khó thiết lập vị trí 0 cho đặt chiều sâu cắt.
- Phương án 2: phần đầu dao di động và phần trục gá phôi sẽ cố định, phương án này có
ưu điểm là dễ lập trình điều khiển, độ chính xác và năng suất cao.
Để thuận lợi cho việc lập trình điều khiển và đạt độ chính xác khi gia công bánh răng,
phương án thiết kế được đề xuất theo phương án 2 (hình 1).
Mô hình thiết kế máy phay lăn răng CNC gồm những bộ phận chính như sau:
(1): Cụm chân đế máy;
(2): Cụm bàn máy;
(3): Cụm gá phôi;
(4): Cụm chống tâm
trục gá phôi;
(5): Cụm dao;
(6): Vỏ máy;
(7): Thân máy

Hình 2. Máy phay lăn răng CNC
224


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
2.1. Cụm bàn máy
Làm nền để lắp đặt các bộ phận chính của máy như thân máy, cụm gá phôi, chống tâm,
đồng thời đảm bảo đường kính bánh răng lớn nhất có thể gia công được là 150mm.
(1): Bàn máy
(2): Vitme trục X
(3): Ray trượt
(4): Con trượt bi

(5): Tấm đế thân máy

Hình 3. Cụm bàn máy
2.2. Cụm gá phôi
Cụm gá phôi có nhiệm vụ kẹp chặt phôi trong quá trình gia công nhằm đảm bảo tỷ số
vòng quay của dao và phôi.
(1): Trục truyền động
(2): Chân đỡ
(3): Vòng trung gian
(4): Đế mâm cập
(5): Mâm cập

Hình 4. Cụm gá phôi
2.3. Cụm chống tâm trục gá phôi
Cụm chống tâm trục gá phôi giúp đảm tăng độ cứng vững của trục gá phôi, giúp cho
trục không bị cong và rung động trong quá trình gia công, đảm bảo độ chính xác khi gia công.

(1): Chân
(2): Thân
(3): Mũi tâm động
(4): Tấm điều chỉnh
(5): Ụ chống tâm

Hình 5. Cụm chống tâm trục gá phôi
225


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
2.4. Cụm dao
Cụm này bao gồm trục mang dao và cơ cấu phân độ đầu dao, đảm bảo tỷ số vòng quay

của dao và phôi.
(1): Ổ đỡ trục dao 1
(2): Dao phay lăn răng
(3): Trục dao

(8): Trục vít-bánh
vít

(4): Ổ đỡ trục dao 2

(9): Chân đỡ

(5): Servo trục C

(10): Ổ đỡ trục vít

(6): Tấm lắp trục dao

(11): Servo trục A

(7): Tấm lắp đầu phân độ
Hình 6 Cụm dao
2.5. Cụm thân máy
Phần thân máy bao gồm hệ thống di trượt theo phương X và đầu dao. Đảm bảo hành
trình gia công trục Z đạt 450mm.
(1): Thân chính
(2): Ray trượt trục Z
(3): Vitme trục Z
(4): Con trượt bi
(5): Đai ốc bi

(6): Ổ đỡ
(7): Bộ truyền đai
(8): Bộ treo đối trọng
(9): Servo trục Z

Hình 7. Cụm thân máy
Thông số kỹ thuật của máy:
Đặc tính kỹ thuật

Thông số

Số động cơ của máy

05 động cơ servo

Modul gia công lớn nhất

2,5 mm

Góc nghiêng đầu dao phay

±45 độ

Đường kính gia công lớn nhất

Ø150 mm

Phạm vi hoạt động theo phương Z

250 mm

Phạm vi hoạt động theo phương X

120 mm

Điện thế

220 V 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

Độ chính xác gia công

Cấp 8, 9
226


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC

Hình 8. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển máy phay CNC lăn răng CNC
227

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
4. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
4.1. Mạch điện điều khiển

Hình 9. Mạch điện điều khiển
4.2. Mạch động lực

Hình 10. Mạch động lực
228


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
4.3. Sơ đồ đấu dây

Hình 11. Sơ đồ đấu dây máy phay lăn răng CNC

Hình 12. Tủ điện máy phay lăn răng CNC
Sử dụng nguồn xoay chiều 220V- 50Hz cho các động cơ servo.
Các bộ nguồn 1 chiều 24V và 5V dùng để cấp nguồn cho hệ thống các rờ le điện từ và
các mạch điều khiển.
Mạch giao tiếp kết nối hệ thống điện với máy tính.
5. HỆ THỐNG GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN
Sử dụng phần mềm Delphi để xây dựng giao diện điều khiển máy phay lăn răng CNC.
- Thực hiện việc truy xuất dữ liệu giữa máy tính và mạch điều khiển để tạo ra các tín
hiệu điều khiển các động cơ servo.
- Thiết lập các thông số bánh răng và thông số gia công được thông qua giao diện điều
khiển và xuất ra thông số kiểm tra trên giao diện điều khiển.
229

Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

Hình 13: Giao diện phay bánh răng trụ răng thẳng

Hình 14: Giao diện phay bánh răng xoắn trái

Hình 15. Giao diện phay bánh răng xoắn phải
230


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
6. CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM
Máy phay lăn răng CNC đã được chế tạo thành công và đạt được kết quả sau:

Hình 16. Máy phay lăn răng CNC đã được chế tạo

Hình 17. Sản phẩm máy gia công vật liệu nhựa - bánh răng thẳng

a

b

c

Hình 18. Sản phẩm máy gia công: a) vật liệu đồng bánh răng trụ răng thẳng; b) vật liệu
đồng bánh răng nghiêng; c) vật liệu nhựa bánh răng nghiêng
231


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

KẾT LUẬN
Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu phát triển thiết kế và chế tạo máy phay lăn
răng CNC. Máy đã được chế tạo và chạy thử đạt kết quả tốt:
- Gia công được bánh răng thẳng, răng nghiêng bằng vật liệu nhựa, đồng thau.
- Máy hoạt động ổn định, êm.
- Dễ vận hành, bảo trì, bảo dưỡng.
- Phục vụ tốt cho việc nghiên cứu, giảng dạy ở các bậc đào tạo: trung cấp, cao đẳng, đại
học và sau đại học.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Ngọc Cẩn, Máy cắt kim loại, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM, 1991.
[2] Ngô Diên Tập, Lập trình Ghép nối máy tính, NXB KHKT, Hà Nội, 2002.
[3] Lê Hiếu Giang, Nguyễn Trường Thịnh, Giáo trình Máy Điều khiển số NC, CNC, Đại học
Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, 2005.
[4] Bùi Quý Lực, Hệ thống điều khiển số trong công nghiệp, NXB KHKT, Hà Nội 2006.
[5] Lê Hiếu Giang, Hồ Ngọc Thế Quang, “Điều khiển số máy phay lăn răng“, Tạp chí khoa
học công nghệ các trường đại học kỹ thuật, ISSN 0868 – 3980, số 81, 2011.
[6] Lê Hiếu Giang, Đặng Minh phụng, “Tính toán, đánh giá sai số và tốc độ của các giải
thuật nội suy cho hệ điều khiển theo kỹ thuật xung chuẩn“, Tạp chí khoa học công nghệ
các trường đại học kỹ thuật, ISSN 0868 – 3980, số 80, 2011.
[7] SMG systems, Documentation Technique, Type: Servo Variateur RIMA, Model: MRJ2S-CP, Mitsubishi, Doc Version: SH(NA)030017-A (01/02) Anglais.
[8] Lê Hiếu Giang, Thái Bá Cần, Lê Linh, Lê Hồng Sơn, Đặng Minh Phụng, Hồ Thị Phụng,
Đề tài cấp Bộ: “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy phay lăn răng điều khiển số”, MS:
B2012.22.02, bảo vệ 10/2014.
[9] Lê Hiếu Giang, Trương Nguyễn Luân Vũ, Lê Linh, Đặng Minh Phụng, Võ Lâm Chương,
Đường Minh Hiếu, Đề tài cấp Sở KHCN TP HCM: “Hoàn thiện thiết kế và chế tạo máy
phay lăn răng phục vụ đào tạo”.
[10] Suk-Hwan Suh, Seong-Kyoon Kang, Dae-Hyuk Chung, Ian Stroud, Theory and Design
of CNC systems, Springer, 2008.
THÔNG TIN TÁC GIẢ
1.

Đặng Minh Phụng, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM
, 0906814944.

2.

Lê Hiếu Giang, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM
, 0938308141.

3.

Lê Linh, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM
, 0988548127.

4.

Trương Nguyễn Luân Vũ, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM
, 0909011136.

5.

Trần Tiến Phát, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP HCM
, 01659122811.
232