Thiết kế dụng cụ cắt điển hình

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT HD: TS- NGUYỄN THỊ PHƯƠNG GIANG
LỜI MỞ ĐẦU

Trong ngành cơ khí chế tạo máy chúng ta, để tạo hình một chi tiết ngoài
việc chuẩn bị thiết kế chi tiết, chuẩn bị trang thiết bị thì việc thiết kế, chế tạo
dụng cụ cắt không thể không coi trọng. Dụng cụ cắt cùng với trang thiết bị
công nghệ khác đảm bảo tính chính xác, năng suất và tính kinh tế cho chi tiết
gia công. Vì vậy việc tính toán thiết kế dụng cụ cắt kim loại luôn là nhiệm
vụ quan trọng của người kỹ sư chế tạo máy.
Trong đồ án môn học này em được giao nhiệm vụ thiết kế những dụng
cụ cắt điển hình gồm có dao tiện định hình hình tròn, dao phay lăn răng và
dao phay định hình hớt lưng. Ngoài việc vận dụng những kiến thức đã học ,
các tài liệu về thiết kế dụng cụ công nghiệp…em còn được sự hướng dẫn
nhiệt tình của cô Nguyễn Thị Phương Giang đã giúp em hoàn thành đồ án
này.
Mặc dù đã có sự kết hợp và cố gắng rất nhiều trong việc hoàn thành đồ
án nhưng em cũng không tránh khỏi những sai xót. Em kính mong các thầy
cô chỉ bảo thêm để em có thể hiểu rõ hơn nữa về những dụng cụ này phục vụ
cho hành trang của em khi ra trường.

Em xin chân thành cảm ơn!
SVTH: ĐTT - LỚP CTM7-K52 SHSV: 20072916
1
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT HD: TS- NGUYỄN THỊ PHƯƠNG GIANG
MỤC LỤC
Lời mở đầu………………………………………………………………….
Phần I
THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH
1. Phân tích chọn dụng cụ gia công……………………………………..1
2. Chọn điểm cơ sở……………………………………………………...1
3. Chọn góc trước và góc sau…………………………………………...1

4. Tính toán profin dao………………………………………………….1
5. Tính toán kết cấu dao tiện định hình lăng trụ………………………...5
6. Tính toán chiều rộng dao tiện định hình lăng trụ………………….....5
7. Điều kiện kỹ thuật…………………………………………………….6
a. Vật liệu phần cắt……………………………………………….6
b. Độ cứng sau nhiệt luyện…………………………………… ....6
c. Độ nhám bề mặt………………………………………………..6
d. Sai lệch các góc mài sắc…………………………………….....6
Phần II
Tính toán thiết kế dao phay đĩa môdul
1. Tính toán hình dáng lưỡi cắt………………………………………….8
2. Tính toán profin làm việc của dao……………………………………9
3. Chọn các kích thước dao phay đĩa modul………………………… 27
4. Điều kiện kỹ thuật……………………………………… …………27
5. Nhãn hiệu dao…………………………………………………….....27
6. Bản vẽ thiết kế dao phay đĩa modul…………………………...…….27
Phần III
Thiết kế dao phay định hình có γ > 0
1. Phân tích chi tiết gia công………………………..………………...30
2. Tính toán profin trong tiết diện chiều trục và tiết diện mặt trước….30
3. Lựa chọn kết cấu của dao…………………………………………. 33
4. Yêu cầu kỹ thuật chế tạo dao………………………………………34
5. Bản vẽ chế tạo dao phay định hình hớt lưng……………………….34
TÀI LIỆU THAM KHẢO 35
SVTH: ĐTT - LỚP CTM7-K52 SHSV: 20072916
2
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT HD: TS- NGUYỄN THỊ PHƯƠNG GIANG
Phần I: Thiết kế dao tiện định hình
1. Phân tích chọn dụng cụ gia công:
Chi tiết có mặt ngoài dạng mặt trụ tròn xoay trên đó bao gồm các mặt

côn và các mặt trụ, cho nên ta chọn dao tiện định hình lăng trụ để dễ chế tạo
và gia công chi tiết có độ chính xác cao hơn. Dao tiện định hình lăng trụ có
độ cứng vững cao hơn dao hình tròn đồng thời tránh được sai số loại 2, và
khắc phục được sai số loại 1.
1
2
3
4
5
6
Hình 1.1: Biên dạng chi tiết
2. Chọn điểm cơ sở:
Điểm cơ sở là điểm nằm ngang tâm chi tiết và xa chuẩn kẹp nhất, do
đó ta chọn điểm cơ sở là điểm 1.
3. Chọn góc trước γ và góc sau α:
Với vật liệu gia công là thép 45 có σ
b
= 600 N / mm
2

Tra bảng 3.1 trang 16 ta chọn : góc trước γ =
o
20
; góc sau α = 12
o
4. Tính toán profin dao:
Sơ đồ tính toán các thông số tại một điểm bất kỳ trên lưỡi cắt của dao
như hình dưới:
Tính toán tại các điểm:
Xét điểm i bất kỳ trên profin của chi tiết ta có điểm i’ tương ứng trên

profin của dao. Gọi chiều cao profin của dao tại điểm i’ theo phương vuông
góc với mặt sau là hi, theo phương mặt trước của dao là
τ
i
.
SVTH: ĐTT - LỚP CTM7-K52 SHSV: 20072916
3
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT HD: TS- NGUYỄN THỊ PHƯƠNG GIANG
h
2

T
2

2
1
2
3
4
5
6
1
2
2


2
2
'
2'

Hình 1.2: Sơ đồ tính toán profin
SVTH: ĐTT - LỚP CTM7-K52 SHSV: 20072916
4
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT HD: TS- NGUYỄN THỊ PHƯƠNG GIANG
Ta sử dụng các công thức sau:
τ γ γ
τ α γ
γ
γ
γ
γ
α γ α γ
= − = −
= +
=
=
=
+ = +
1 1
1 1
1 1
1 1
i
1 1
. os . os
. os( )
.cos( )
.cos( )
.sin( )
arcsin( )

i K i i
i i
i i i
i
i i
C B r c r c
h c
B r
C r
r
r
Trong đó: r
1
- bán kính chi tiết tại điểm cơ sở : r
1
= 8 mm.
r
i
- bán kính chi tiết tại điểm bất kỳ.
γ
1
- góc trước tại điểm cơ sở
γ γ
= =
0
1
20
.
γ
i

- góc trước tại điểm bất kỳ trên profin dao.
α
1
- góc sau tại điểm cơ sở.
α
i
- góc sau tại điểm bất kỳ trên profin của lưỡi cắt.
- Tính tại điểm 1:
Ta có: r
1
= 8 mm , γ
1
=20
o
; α = 12
o
A= r
1
.sin γ
1
=8.sin 20 =2,736 mm
B= r. cosγ =8. cos 20 =7,518 mm
C = B= r cosγ = 7,518 mm

τ
1
= h = 0 mm
- Tính tại điểm 2, 3:
Ta có: r =r = 14,5 mm;
γ =γ = arc ( sinγ )= arcsin ( sin .sin 20 )=10,877

α =α =α +γ-γ =32 - 10,877 = 21,123

τ τ
=
2 3
= r .cosγ - r .cosγ =14,4.cos10,877 -8.cos20 =6,722 mm
h =h =
τ
2
.cos (α +γ ) =6,722.cos 32 =5,700 mm
- Tính tại điểm 4, 5:
Ta có: r = r =19,5 mm:
γ =γ =arcsin ( .sinγ )= arc ( .sin 20 )=8,066 .
α =α =α +γ -γ = 32 - 8,066 = 23,934

τ τ
=
4 5
= r cosγ - r cosγ =19,5.cos 8,066 - 8.cos 20 =17,789 mm
h = h =
τ
4
cos (α +γ )= 17,789.cos 32 =9,998 mm
- Tính tại điểm 6:
Ta có: r =14 mm
SVTH: ĐTT - LỚP CTM7-K52 SHSV: 20072916
5
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT HD: TS- NGUYỄN THỊ PHƯƠNG GIANG
γ =arcsin ( .sinγ )= arcsin ( .sin 20 )=11,270
α =α +γ -γ = 32 - 11,270 = 20,730

τ
6
= r cosγ - r cosγ =14.cos 11,270 - 8.cos 20 =6,212 mm
h =
τ
6
.cos (α +γ )=6,212.cos 32 =5,268 mm
Ta có bảng tính toán profin dao như sau:
Điểm

i
r
(mm)
A(mm)
γ α
τ
i
(mm)
h (mm)
1 8 2,736
20
o
12
o
0 0
2-3 14,5
10,877
o
21,123

o
6,722 5,700
4-5 19,5
8,066
o
23,934
o
11,789 9,998
6 14
11,270
o
20,720
o
6,212 5,268
Ta có hình dạng profin dao theo tiết diện vuông với mặt sau là:
1





Hình 1.3: profin dao trong tiết diện vuông với mặt sau
Ta có hình dạng profin dao theo tiết diện mặt trước là:
SVTH: ĐTT - LỚP CTM7-K52 SHSV: 20072916
6
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT HD: TS- NGUYỄN THỊ PHƯƠNG GIANG
1

5
4

3
2
Hình 1.4: Profin trong tiết diện mặt trước
5. Tính toán kết cấu dao tiện định hình
Kích thước kết cấu dao tiện định hình được chọn theo chiều cao lớn
nhất của profin chi tiết.
Ta có: t = = =11,5 mm
Dựa vào bảng 3.2, kết cấu và kích thước của dao tiện định hình lăng trụ như
sau:
B= 25 mm; H= 90 mm ; E= 10 mm; A= 30 mm
F= 20 mm; r= 1,0 mm; d= 10 mm; M=45,77 mm
6. Tính toán chiều rộng của dao tiện định hình lăng trụ:
Đầu tự do để tăng sức bền, tăng chịu mòn của dao, ta làm them kích
thước a= 2(mm). Do chi tiết không có vát mép và để đảm bảo các điểm 1 và
điểm 6 được gia công ta chọn c = 1(mm)
- Goị g : chiều rộng lưỡi dao cắt đứt, ta chọn g = 3 mm.
- Gọi d là chiều dài phần phụ, chọn d = 7 mm.
- Góc ϕ = 45.
- Góc ϕ = 20 . Vì chi tiết không có vát mép.
Do đó chiều rộng toàn bộ của dao là:
L= L + a + c + g + d = 37 +3 +1 +3 +7= 51 (mm)
SVTH: ĐTT - LỚP CTM7-K52 SHSV: 20072916
7
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT HD: TS- NGUYỄN THỊ PHƯƠNG GIANG
Lct




a

c
g
d
Hình 1.5: sơ đồ chọn chiều dài dao
7. Điều kiện kỹ thuật:
a. Vật liệu phần cắt: Thép gió P18.
- Vật liệu thân dao: thép 45.
Với dao tiện định hình lăng trụ ta có kích thước phần cắt như sau:
Hình 1.6: Kích thước mảnh ghép thép gió
H = ( 25% ÷ 40% ). H = ( 25% ÷ 40% ).90 = 22,5 ÷ 36 (mm)
Chọn H = 35 (mm).
B = (1,5 ÷ 1,7 ). t = ( 1,5 ÷ 1,7). 11,5= 17,25 ÷ 19,55 (mm).
Chọn B = 19 (mm)
SVTH: ĐTT - LỚP CTM7-K52 SHSV: 20072916
8
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT HD: TS- NGUYỄN THỊ PHƯƠNG GIANG
b. Độ cứng sau khi nhiệt luyện
- Phần cắt : 62 ÷ 65 HRC
- Phần thân dao : 30 ÷ 40 HRC
c. Độ nhám bề mặt
Mặt trước: R =0,32
Mặt sau: R = 0,63
Mặt tựa thân dao: R = 0,63
d. Sai lệch góc mài sắc
γ= 20 ± 1 ;α = 12 ± 1 ;ϕ = 45 ± 10’; ϕ = 20 ± 10’ ; λ = ± 1
SVTH: ĐTT - LỚP CTM7-K52 SHSV: 20072916
9
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT HD: TS- NGUYỄN THỊ PHƯƠNG GIANG
Bản vẽ thiết kế dao tiện định hình lăng trụ.
45.77

0.5
90
20
30
R
1
35
R1
19
10
25
Ø10
( trên toàn profin )
còn l?i
51 35
+0,5
+0,5
+0,5
Hình 1.2: Bản vẽ thiết kế dao tiện định hình lăng trụ
SVTH: ĐTT - LỚP CTM7-K52 SHSV: 20072916
10
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT HD: TS- NGUYỄN THỊ PHƯƠNG GIANG
Phần II: Thiết kế dao phay đĩa môdun
Theo đầu bài ta cần thiết kế dao phay đĩa modul m=11, số hiệu dao
trong lô 8 con là 6 và vật liệu gia công là thép C45.
Tra bảng 6.5, ta thấy dao cần thiết kế để gia công bánh răng có số răng
nằm trong khoảng từ Z= 35 ÷ 54 răng. Ở đây ta đi thiết kế dao đĩa modul gia
công bánh răng có số răng là 35, vì khi dùng dao này gia công các bánh răng
có số răng Z > 35 thì các bánh răng này sẽ có profin doing hơn, sẽ tạo điều
kiện ra vào ăn khớp dễ ràng hơn.

1. Tính toán hình dáng lưỡi cắt.
Dao phay đĩa modul gia công bánh răng theo nguyên lý chép hình, lại
do góc trước của dao γ = 0, nên profin của dao phay đĩa modul trong tiết
diện chiều trục cũng là profin theo tiết diện mặt trước và trùng khít với
profin của rãnh răng cần gia công.
Các số liệu cần tính toán để vẽ:
- Góc ăn khớp trên vòng chia α = 20 .
- Bước răng : t= π .m= 3,14. 11= 34,54 (mm).
- Bán kính vòng chia : r = = = 192,5 (mm).
- Chiều dày răng : s= = =17,24 (mm).
- Bán kính vòng lăn: r = r =192,5 (mm).
- Bán kính đỉnh răng: r = = =203,5 (mm).
- Bán kính chân răng: r = = =178,75 (mm).
- Bán kính vòng tròn cơ sở: r = r.cosα =192,5.cos 20 =181 (mm).
Để vẽ profin dao ta lập hệ tọa độ Oxy với góc tâm O của bánh răng.
Giả sử có điểm M (x,y) bất kỳ trên profin răng với bán kính r thì ta tạo độ
x,y thõa mãn hệ phương trình profin răng.
Ta có sơ đồ tính như hình bên dưới:
Trong đó: r - Bán kính vòng tròn chia.
r - Bán kính vòng đỉnh.
r - Bán kính vòng chân răng.
r - Bán kính vòng cơ sở.
r - Bán kính vòng tròn tại điểm M(x,y)
Profin bao gồm 2 đoạn:
- Đoạn làm việc là đoạn thân khai CB.
- Đoạn không làm việc là đoạn cong chuyển tiếp thuộc khe hở
chân răng BO .
SVTH: ĐTT - LỚP CTM7-K52 SHSV: 20072916
11
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT HD: TS- NGUYỄN THỊ PHƯƠNG GIANG

C
0
o
1
B
M
(x,y)

Mc
y
x
y
y
max
α
Μ
α
δ
Μ
δ
r
δ
ο
x
x
max
r
f
r
r

r
r
o
c
x
e
θ
α
θ
Μ
=
α
Hình 2.1: Sơ đồ tính profin dao phay đĩa môdul
2. Tính toán profin làm việc:
Nguyên lý tạo hình đường thân khai:
r - Bán kính vòng tròn cơ sở.
r Bán kính vector ứng với điểm M.
θ - Góc thân khai.
α - Góc áp lực của đường thân khai.
Nguyên lý: Cho một đường thẳng lăn không trượt trên một đường tròn
thì quỹ đạo của điểm M thuộc đường thẳng đó sẽ vẽ nên đường tròn thân
khai. Vậy để tạo hình lưỡi cắt thân khai ta cho điểm M chuyển động theo
SVTH: ĐTT - LỚP CTM7-K52 SHSV: 20072916
12
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT HD: TS- NGUYỄN THỊ PHƯƠNG GIANG
phương trình đường thân khai trong khoảng bán kính r ≤ r ≤ r . Việc xác
định profin lưỡi cắt chính là việc xác định tọa độ của tập hợp các điểm M
trong hệ tọa độ đề các Oxy.
Đặt hệ tọa độ Oxy, có gốc O trùng với tâm bánh răng. Tại một điểm
M(x,y) bất kỳ nằm trên profin với bán kính r.

Theo sơ đồ ta có:
x= r.sin δ = r.sin( δ + θ )
y= r.cos δ = r.cos( δ + θ )
Ta có:
θ =tgα -α = invα
δ = δ - invα = - ( tgα -α )
⇒ δ + θ = - invα + invα =
= - ( tgα -α )+ tgα - α
Ta lại có: cosα =
⇒α = arcsin
2
o
2
M
r
1
r
 
−
 ÷
 ÷
 
⇒ θ = tg
2 2
o o
2 2
M M
r r
arcsin 1 arcsin 1
r r

 
   
 ÷
− − −
 ÷  ÷
 ÷  ÷
 ÷
   
 
⇒ x= r.sin
2 2
o o
o o
2 2
M M
r r
tg tg arcsin 1 arcsin 1
2.Z r r
 
 
   
π
 ÷
 ÷
− α + α + − − −
 ÷  ÷
 ÷  ÷
 ÷
 ÷
   

 
 
⇒ y= r.cos
2 2
o o
o o
2 2
M M
r r
tg tg arcsin 1 arcsin 1
2.Z r r
 
 
   
π
 ÷
 ÷
− α + α + − − −
 ÷  ÷
 ÷  ÷
 ÷
 ÷
   
 
 
- Với điểm 1: r = 181 (mm).
x= r.sin δ = r.sin( δ + θ )
y= r.cos δ = r.cos( δ + θ )
⇒ α = arcsin
2

o
2
M
r
1
r
 
−
 ÷
 ÷
 
= arcsin
2
2
181
1
181
 
−
 ÷
 ÷
 
= 0
⇒ θ = tg
2 2
o o
2 2
M M
r r
arcsin 1 arcsin 1

r r
 
   
 ÷
− − −
 ÷  ÷
 ÷  ÷
 ÷
   
 
=0
2 2
o o
M o o
2 2
M M
r r
x r .sin tg tg arcsin 1 arcsin 1
2.Z r r
 
 
   
π
 ÷
 ÷
⇒ = − α + α + − − −
 ÷  ÷
 ÷  ÷
 ÷
 ÷

   
 
 
SVTH: ĐTT - LỚP CTM7-K52 SHSV: 20072916
13
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ DỤNG CỤ CẮT HD: TS- NGUYỄN THỊ PHƯƠNG GIANG

2 2
o o
o o
2 2
181 181.180 180
181.sin tg20 20 tg arcsin 1 arcsin 1
2.35. 181 181
 
 
   
π
 ÷
 ÷
= − + + − − −
 ÷  ÷
 ÷  ÷
 ÷
 ÷
π π
   
 
 
=5,3913(mm)

2 2
o o
M o o
2 2
M M
r r
y r .cos tg tg arcsin 1 arcsin 1
2.Z r r
 
 
   
π
 ÷
 ÷
⇒ = − α + α + − − −
 ÷  ÷
 ÷  ÷
 ÷
 ÷
   
 
 
2 2
o o
o o
2 2
181 181.180 180
181.cos tg20 20 tg arcsin 1 arcsin 1
2.35. 181 181
 

 
   
π
 ÷
 ÷
= − + + − − −
 ÷  ÷
 ÷  ÷
 ÷
 ÷
π π
   
 
 
=180,9185 (mm)
- Với điểm 2: r =181,9 (mm)
x= r.sin δ = r.sin( δ + θ )
y= r.cos δ = r.cos( δ + θ )
⇒α =
2
o
2
M
r
arcsin 1
r
 
−
 ÷
 ÷

 
=
2
2
181
arc 1
181,9
 
−
 ÷
 ÷
 
=5,7019
⇒ θ =
2 2
o o
2 2
M M
r r
tg arcsin 1 arcsin 1
r r
 
   
 ÷
− − −
 ÷  ÷
 ÷  ÷
 ÷
   
 

=
2 2
2 2
181 182
tg arcsin 1 arcsin 1
181,9 181,9
 
   
 ÷
− − −
 ÷  ÷
 ÷  ÷
 ÷
   
 
=
o o
tg5,7019 5,7019−
2 2
o o
M o o
2 2
M M
r r
x r .sin tg tg arcsin 1 arcsin 1
2.Z r r
 
 
   
π

 ÷
 ÷
⇒ = − α + α + − − −
 ÷  ÷
 ÷  ÷
 ÷
 ÷
   
 
 

o o o
o o o o
.180 180 180
181,9.sin tg20 20 tg5,7019 5,7019
2.35.
 
π
= − + + −
 ÷
π π π
 
=5,4602(mm)
2 2
o o
M o o
2 2
M M
r r
y r .cos tg tg arcsin 1 arcsin 1

2.Z r r
 
 
   
π
 ÷
 ÷
⇒ = − α + α + − − −
 ÷  ÷
 ÷  ÷
 ÷
 ÷
   
 
 
o o o
o o o o
.180 180 180
181,9.cos tg20 20 tg5,7019 5,7019
2.35.
 
π
= − + + −
 ÷
π π π
 
=181,8172(mm)

- Với điểm 3: r =182,8 (mm)
x= r.sin δ = r.sin( δ + θ )

y= r.cos δ = r.cos( δ + θ )
⇒α =
2
o
2
M
r
arcsin 1
r
 
−
 ÷
 ÷
 
=
2
2
181
arcsin 1
182,8
 
−
 ÷
 ÷
 
=8,0472
SVTH: ĐTT - LỚP CTM7-K52 SHSV: 20072916
14