Đồ Án Tốt Nghiệp Máy Và Hệ Thống Điều Khiển Số Theo Chương Trình 150 tc (CDIO) CHƯƠNG 5 ( Sách Giáo Trình)

Chương 5: Máy gia công bánh răng

CHƯƠNG 5: MÁY GIA CÔNG BÁNH RĂNG

Mục tiêu chương V: Sau khi học xong chương này, sinh viên có khả năng:
1. Phân biệt các phương pháp gia công bánh răng;
2. Trình bày được các chuyển động tạo hình của máy phay lăn răng và máy xọc răng;
3. So sánh sự khác nhau giữa việc gia công bánh trụ răng thẳng và gia công bánh trụ răng
xoắn trên máy phay lăn răng;
4. Viết được các phương trình xích truyền động cơ bản trong máy phay lăn răng 5E32, dựa
vào sơ đồ kết cấu động học;
5. Viết được các phương trình xích tốc độ, xích chạy dao, xích bao hình trong máy phay lăn
răng 5E32

1


Chương 5: Máy gia công bánh răng
5.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BÁNH RĂNG
Bánh răng bằng vật liệu kim loại thường được gia công bằng phương pháp bào, phay,
chuốt,… Hiện nay, việc gia công bánh răng trong các nhà máy cơ khí thường thực hiện trên
các máy chuyên dùng.
Về nguyên lý hình thành bề mặt răng, có hai phương pháp cơ bản sau đây:
5.1.1. Phương pháp định hình
Phương pháp định hình là phương pháp tạo hình bằng cách cho cạnh lưỡi cắt trùng
với đường sinh của bề mặt gia công.

Hình 5. 1-Gia công bánh răng theo phương pháp định hình
Các chuyển động tạo hình khi gia công bánh răng bằng phương pháp định hình:
-

Chuyển động cắt chính: Dao phay quay tròn nd (v/ph)

-

Chuyển động chạy dao: Bàn máy mang phôi tịnh tiến S (mm/v phôi)

-

Chuyển động phân độ: Sau khi gia công hết một răng, phôi quay một đoạn
để đến vị trí cần gia công răng tiếp theo

Cần có các trang thiết bị để đảm bảo thực hiện đầy đủ các chuyển động tạo hình vừa
nêu:
-

Máy phay vạn năng;

-

Đầu phân độ;

-

Dao phay modul các loại:

2


Chương 5: Máy gia công bánh răng
+ Dao phay ngón modul;

+ Dao phay đĩa modul.
Về nguyên tắc, khi gia công bánh răng có modul m và số răng Z, cần có 1 dao phay
riêng. Trong thực tế, vì điều kiện chế tạo khó khăn nên người ta chế tạo theo bộ và chấp
nhận có sai số về biên dạng răng. Dao phay được tiêu chuẩn hóa thành hai bộ:
-

Bộ 8 gồm 8 dao được kí hiệu: 1, 2, …, 8.
Bảng 5. 1 – Dao phay modul bộ 8
S

1

2

3

4

5

6

7

S

1

1

1

2

2

3

5

ố
hiệ
u
ố
răn
g
-

2÷
15

4÷
16

7÷
20

1÷
25

6÷
34

5÷
54

5÷
13
4

Bộ 15 gồm 15 dao được kí hiệu: 1, 1½, 2, 2½..., 8.
Bảng 5. 2 – Dao phay modul bộ 15

S

1

ố
hiệ
u
S
ố
ră
ng

1
2

S
ố

hiệ
u

2

1
3

4

1
4

5

1
5÷
16

5

2
6÷
29

3

1
7÷
18

6

4

1

2

9÷
20
6

1÷
22
7

½

3
0÷
34

3
½

½

2
3÷

25

2
½

½

S
ố
ră
ng

1
½

3
5÷
41

4
2÷
54

7
½

5
5÷
80

8
1÷
13
4

Phương pháp chép hình có ưu điểm là không cần máy phay chuyên dùng, dao phay
modul dễ chế tạo. Tuy nhiên, phương pháp này cho năng suất thấp vì mất thời gian phân độ,
mất thời gian để dao trở về vị trí ban đầu, gia công từng răng một. Tùy theo số răng cần cắt,

3


Chương 5: Máy gia công bánh răng
cần rất nhiều dao phay modul khác nhau. Vì vậy, phương pháp này thường dùng trong sản
xuất đơn chiếc.

4


Chương 5: Máy gia công bánh răng
5.1.2. Phương pháp bao hình
Là phương pháp gia công bánh răng nhắc lại sự ăn khớp giữa bánh răng – thanh răng
hoặc giữa bánh răng – bánh răng.
5.1.2.1. Dựa vào nguyên lý ăn khớp bánh răng – thanh răng
Thanh răng đóng vai trò là dao. Khi thay dao có dạng thanh răng bằng dao có dạng
trục vít – dao phay lăn trục vít, được sử dụng trong máy phay lăn răng.

Hình 5. 2 – Gia công bánh răng theo nguyên lý ăn khớp bánh răng – thanh răng
Máy phay lăn răng có các chuyển động tạo hình:
-

Chuyển động cắt chính: chuyển động quay của dao ntc (vg/ph);

-

Chuyển động chạy dao: dao tịnh tiến theo phương thẳng đứng Sđ (mm/vg
phôi);

-

Chuyển động bao hình: chuyển động quay của phôi np (v/ph) và chuyển
động quay của dao nd (v/ph). Giữa chuyển động quay của dao và chuyển
động quay của phôi có mối liên hệ:
(
5
.
1
)

Trong đó: k – Số đầu mối của dao phay lăn răng;
Z – Số răng của bánh răng cần gia công.
5


Chương 5: Máy gia công bánh răng

5.1.2.2. Dựa vào nguyên lí ăn khớp bánh răng – bánh răng
Khi đường kính vòng chia của bánh răng lớn hơn so với thanh răng. Dao có dạng
thanh răng sẽ được thay bằng dao có dạng bánh răng – dao xọc, được sử dụng trong máy
xọc răng.

Hình 5. 3 – Gia công bánh răng theo nguyên lý ăn khớp bánh răng – bánh răng
Máy xọc răng có các chuyển động tạo hình:
-

Chuyển động cắt chính: dao xọc tịnh tiến khứ hồi nd (htk/ph);

-

Chuyển động bao hình: chuyển động quay của dao nd (v/ph) và chuyển động
quay của phôi np (v/ph), giữa chúng có mối liên hệ:
(
5
.
2
)

Trong đó: Zp – Số răng của bánh răng cần gia công;
Zd – Số răng của dao xọc.
-

Chuyển động chạy dao hướng kính: bàn máy mang phôi tịnh tiến theo
hương hướng kính nhằm gia công hết chiều cao răng h = 2,25 m. Thông
thường, dao xọc ăn hết chiều cao răng khi phôi quay đươc 1/3 vòng

So với phương pháp chép hình, phương pháp bao hình có khả năng gia công bánh
răng đạt độ chính xác cao và năng suất cao hơn. Mức độ tự động cao hơn. Một dao phay
modul nhất định có thể cắt được nhiều bánh răng cùng modul với số răng bất kỳ.
6

Chương 5: Máy gia công bánh răng

7


Chương 5: Máy gia công bánh răng
5.2. MÁY PHAY LĂN RĂNG 5E32
5.1.3. Khả năng công nghệ
Máy lăn răng là máy gia công bánh răng theo phương pháp bao hình, lặp lại chuyển
động của bánh răng và thanh răng, trong đó một đóng vai trò là phôi, một đóng vai trò là
dao. Sự ăn khớp này là sự ăn khớp cưỡng bức. Nguyên lí trên gây ra một số trở ngại:
-

Chuyển động chính để gia công cơ là chuyển động tịnh tiến khứ hồi. Vì vậy,
khi chuyển sang thiết kế máy, chuyển động khứ hồi khó có thể hiện các cơ
cấu nguyên lý máy. Bên cạnh đó, các thông số phù hợp với các điều kiện
kích thước gia công khó đạt yêu cầu đề ra;

-

Chuyển động khứ hồi làm tăng thời gian phụ, năng suất giảm;

-

Các thông số về số răng, modul dẫn đến chiều dài dao cắt thay đổi nên khó
chế tạo dao.

Vì vậy, nguyên lý gia công bánh răng được thay đổi bằng nguyên lý ăn khớp bánh vít
– trục vít, chuyển động khứ hồi hữu hạn trở thành chuyển động quay tròn vô hạn của trục

vít. Một đóng vai trò là phôi, một đóng vai trò là dao. Sự ăn khớp này là sự ăn khớp cưỡng
bức.
5.1.3.1. Gia công bánh trụ răng thẳng

Hình 5. 4 – Các chuyển động khi gia công bánh trụ răng thẳng
Các chuyển động tạo hình khi gia công bánh trụ răng thẳng gồm có:
-

Chuyển động cắt chính: chuyển động quay của dao nd (v/ph);
8


Chương 5: Máy gia công bánh răng
-

Chuyển động chạy dao: dao tịnh tiến theo phương thẳng đứng Sđ (mm/v
phôi);

-

Chuyển động bao hình: chuyển động quay của phôi np (v/ph) và chuyển
động quay của dao nd (v/ph).
+ Quan hệ giữa chuyển động của dao và phôi khi gia công theo công thức
(5.1)

Tùy vào modul bánh răng cần gia công mà có thể gia công trong một lần hoặc nhiều
lần:
-

Bánh răng có m ≤ 3, có thể gia công trong một lần;

-

Bánh răng có m > 3, chia thành các bước gia công thô và tinh.

Để đảm bảo lưỡi dao phay luôn trùng với hướng của rãnh răng, ta phải quay trục dao
một góc bằng góc nâng của dao. Hình 5.1a
5.1.3.2. Gia công bánh trụ răng xoắn

Hình 5. 5-Gia công bánh trụ răng xoắn
Các chuyển động tạo hình khi gia công bánh trụ răng xoắn:
-

Chuyển động cắt chính: chuyển động quay của dao nd (v/ph)

-

Chuyển động chạy dao đứng: dao tịnh tiến theo phương thẳng đứng Sđ
(mm/v phôi)

-

Chuyển động bao hình: chuyển động quay của phôi np (v/ph) và chuyển
động quay của dao nd (v/ph)
+ Quan hệ giữa chuyển động của dao và phôi khi gia công theo công thức
(5.1)
9


Chương 5: Máy gia công bánh răng

-

Chuyển động vi sai:
+ Không như bánh trụ răng thẳng, bánh trụ răng xoắn gồm những răng có
bước xoắn tp. Giả sử bánh răng xoắn chỉ có 1 đường răng như hình. Để tạo
ra đường răng này, ngoài chuyển động quay của phôi thì phôi cần quay
thêm (hoặc bớt đi) 1 vòng để tạo được đường răng có bước xoắn tp. Nếu
phôi cần gia công Z răng thì đối với mỗi răng, phôi cần quay thêm một
lượng 1/Z vòng.
+ Chuyển động vi sai là chuyển động quay thêm hoặc bớt đi của phôi để tạo
ra rãnh xoắn. Đây cũng là điểm khác biệt giữa gia công bánh trụ răng
thẳng và răng xoắn.

Bảng 5. 3 – So sánh sự khác nhau giữa gia công bánh trụ răng thẳng và răng xoắn
Gia công bánh trụ răng
thẳng

Gia công bánh trụ răng xoắn

Số vòng quay của phôi để gia công hết bề dày phôi L:
Mối quan hệ giữa số vòng quay của phôi và số vòng quay của dao
Hay:

Do bánh răng xoắn có bước xoắn T rất lớn nên người ta ít sử dụng và thay thế bằng
thông số góc xoắn của răng β.
(
10

Chương 5: Máy gia công bánh răng
5
.
3
)
Trong đó: mn - Modul pháp tuyến của bánh răng
Để đảm bảo lưỡi dao phay luôn trùng với hướng của rãnh răng, cần quay trục dao
một góc . Hình 5.1b
(
5
.
4
)
-

Dấu (-) nếu dao và bánh răng có cùng chiều xoắn

-

Dấu (+) nếu dao và bánh răng có chiều xoắn ngược nhau

Hình 5. 6-Điều chỉnh góc quay của trục dao khi gia công răng;
a-Gia công răng thẳng; b- Gia công răng nghiêng;
1-Phương xoắn của bánh răng; 2-Phương xoắn của dao
Điều chỉnh khoảng cách giữa tâm dao và phôi phải đảm bảo chiều cao răng h =
2,25m
5.1.3.3. Gia công bánh vít
Các chuyển động tạo hình khi gia công bánh vít:
-

Chuyển động cắt chính: chuyển động quay của dao nd (v/ph);

-

Chuyển động bao hình: chuyển động quay của phôi np (v/ph) và chuyển
động quay của dao nd (v/ph);

Quan hệ giữa chuyển động của dao và phôi khi gia công theo công thức (5.1)
11


Chương 5: Máy gia công bánh răng

-

Chuyển động chạy dao: có 2 phương pháp chạy dao

Hình 5. 7-Gia công bánh vít
+ Chạy dao hướng kính: là chuyển động tịnh tiến của bàn máy mang phôi
theo phương hướng kính. Phương pháp này cho năng suất cao do hành
trình chạy dao ngắn nhưng dao mòn không đều;
+ Chạy dao tiếp tuyến: là chuyển động tịnh tiến của bàn máy mang phôi
theo phương dọc trục, tiếp tuyến với bánh vít cần gia công. Phương pháp
này cho năng suất thấp nhưng dao mòn đều.
5.1.4. Sơ đồ kết cấu động học máy phay lăn răng

Hình 5. 8 – Sơ đồ kết cấu động học máy xọc
-

Phương trình cơ bản xích tốc độ:

12


Chương 5: Máy gia công bánh răng
(
5
.
7
)
Trong đó: iv – Tỉ số truyền xích tốc độ;
nd – Số vòng quay của dao.
-

Phương trình cơ bản xích bao hình:
(
5
.
5
)

Trong đó: ix – Tỉ số truyền xích điều chỉnh chạc bao hình;
icđ1 – Tỉ số truyền cố định trong xích bao hình.
-

Phương trình cơ bản xích chạy dao đứng:
(
5
.
6
)

Trong đó: icđ2 – Tỉ số truyền cố định trong xích chạy dao;
is – Tỉ số truyền của chạc điều chỉnh xích chạy dao;
tx – Bước của trục vít-me đứng.
-

Phương trình cơ bản xích vi sai:
(
5
.
7
)

Trong đó: icđ3 – Tỉ số truyền cố định trong xích vi sai;
iVS – Tỉ số truyền trong cơ cấu vi sai
iy – Tỉ số truyền của của chạc điều chỉnh xích vi sai
5.1.5. Máy phay lăn răng 5E32
5.1.5.1. Tính năng kỹ thuật
-

Modul phôi lớn nhất:

m=6

-

Đường kính phôi lớn nhất:

450 mm
13

Chương 5: Máy gia công bánh răng
-

Chiều rộng phôi lớn nhất:

220 mm

-

Góc nghiêng lớn nhất:

β = ± 600

-

Số vòng quay của trục chính

n = 50÷400 v/ph

-

Lượng chạy dao:
+
+
+

-

Dọc trục:
Hướng kính:
Tiếp tuyến:

Công suất động cơ chính:

Sd = 0,63÷7 mm/v
Shk = 1 – 16 mm/v
Stt = 0,26 – 2,3 mm/v
N = 4,5 kW

5.1.5.2. Sơ đồ động máy 5E32

14


Chương 5: Máy gia công bánh răng

Hình 5. 9-Sơ đồ động máy phay lăn răng 5E32

15


Chương 5: Máy gia công bánh răng
5.1.5.3. Phương trình xích tốc độ
Xích tốc độ xuất phát từ động cơ chính N = 4,5 kW qua các tỉ số truyền cố định, chạc
thay đổi tốc độ iv đến trục chính.
-

Phương trình xích tốc độ:

(
5
.
8
)

-

Công thức điều chỉnh chạc thay đổi tốc độ:
(
5
.
9
)

5.1.5.4. Phương trình xích bao hình
Xích bao hình xuất phát từ một vòng dao qua các tỉ số truyền cố định, chạc thay đổi
xích bao hình ix đến trục gá phôi.
-

Phương trình xích bao hình:
(
5
.
1
0
)

-

Công thức điều chỉnh chạc bao hình:
(
5
.
1
1
)

Trong đó, số răng của bánh răng e, f được chọn như sau:
e
54
=1=
f
54

-

, khi gia công chi tiết có Z ≤ 160;
16


Chương 5: Máy gia công bánh răng
e 1 36
= =
f 2 72

-

, khi gia công chi tiết có Z > 160.

Hình 5. 10-Sơ đồ xích bao hình máy 5E32
5.1.5.5. Phương trình xích chạy dao
• Phương trình xích chạy dao chạy dao đứng
Xích chạy dao đứng trục xuất phát từ 1 vòng phôi qua các tỉ số truyền cố định đến
chạc thay đổi xích chạy dao is và kết thúc đường truyền ở trục vít dọc.
-

Phương trình xích chạy dao dọc:
(
5
.
1
2
)
17


Chương 5: Máy gia công bánh răng
-

Công thức điều chỉnh chạc chạy dao (tx = 10):
(
5
.
1
3
)

Hình 5. 11-Sơ đồ xích chạy dao đứng máy 5E32
• Phương trình xích chạy dao hướng kính

Xích chạy dao dọc trục xuất phát từ 1 vòng phôi qua các tỉ số truyền cố định, đến
chạc thay đổi xích chạy dao is và kết thúc đường truyền ở trục vít ngang.
-

Phương trình xích chạy dao hướng kính:
(
5
.
1
18


Chương 5: Máy gia công bánh răng
4
)
-

Công thức điều chỉnh chạc chạy dao (tx = 10):
(
5
.
1
5
)

Hình 5. 12-Sơ đồ xích chạy dao hướng kính máy 5E32
• Phương trình xích chạy dao tiếp tuyến
Xích chạy dao tiếp tuyến sử dụng khi gia công bánh vít bằng phương pháp chạy dao
tiếp tuyến
-

Khi không dùng cơ cấu vi sai: xích chạy dao xuất phát từ 1 vòng phôi qua
các tỉ số truyền cố định, chạc thay đổi xích chạy dao is, kết thúc đường
truyền ở trục vít me có tx = 2π
19


Chương 5: Máy gia công bánh răng
+ Phương trình xích chạy dao
(
5
.
1
6
)
+ Công thức điều chỉnh chạc thay đổi xích chạy dao:
(
5
.
1
7
)

Hình 5. 13 – Xích chạy dao tiếp tuyến không dùng cơ cấu vi sai
-

Khi dùng cơ cấu vi sai
+ Phương trình xích chạy dao:
20

Chương 5: Máy gia công bánh răng
(
5
.
1
8
)
Với:

+ Công thức điều chỉnh chạc điều chỉnh xích vi sai:
(
5
.
1
9
)

Hình 5. 14 – Xích chạy dạo tiếp tuyến sử dụng cơ cấu vi sai

21


Chương 5: Máy gia công bánh răng
• Phương trình xích vi sai cắt rãnh xoắn
(
5
.
2
0

)
Trong đó:

Suy ra:
(
5
.
2
1
)
-

Dấu (+) khi phôi và dao cùng chiều xoắn;

-

Dấu (-) khi phôi và dao ngược chiều xoắn.

22


Chương 5: Máy gia công bánh răng
CÂU HỎI ÔN TẬP
1 Có bao nhiêu pháp gia công bánh răng? Liệt kê các phương pháp đó.
2 Nêu ưu điểm và nhược điểm của phương pháp gia công bánh răng bằng phương pháp
định hình.
3 Phương pháp bao hình là gì? Phương pháp bao hình khi gia công bánh răng dựa theo
những nguyên lý nào?
4 Trình bày các chuyển động tạo hình khi gia công bánh răng trụ răng thẳng trên máy
phay lăn răng.

5 Trình bày các chuyển động tạo hình khi gia công bánh vít trên máy phay lăn răng.
6 Trình bày các chuyển động tạo hình khi gia công bánh răng trụ răng xoắn bằng máy
phay lăn răng.
7 So sánh sự khác nhau của các chuyển động tạo hình khi gia công bánh răng trụ răng
thẳng và bánh răng trụ răng xoắn.
8 Có những phương pháp chạy dao nào khi gia công bánh vít trên máy phay lăn răng.
Phân tích những ưu, nhược điểm của từng phương pháp.
9 Cho sơ đồ động máy phay lăn răng 5E32 (Hình 5.10). Viết phương trình xích tốc độ,
xích bao hình, xích chạy dao của máy phay lăn răng 5E32.
10 Trình bày nguyên lý xọc bao hình. Từ đó xác định các chuyển động tạo hình cần thiết
và viết các phương trình xích truyền động cơ bản.
11 Phân tích nguyên lý làm việc và cách điều chỉnh hành trình của cơ cấu tay quay-thanh
truyền trong máy xọc 514.

23


Chương 5: Máy gia công bánh răng
BÀI ĐỌC THÊM: MÁY XỌC RĂNG
A. Nguyên lý xọc răng và sơ đồ kết cấu động học
a Nguyên lý xọc răng
Xọc răng dựa trên nguyên lý nhắc lại sự ăn khớp của bánh răng - bánh răng. Trong
đó, một đóng vai trò là dao, một đóng vai trò là phôi. Sự ăn khớp này là sự ăn khớp cưỡng
bức

Hình 5. 15 – Các chuyển động khi xọc
Gia công bao hình bằng phương pháp xọc răng có các chuyển động tạo hình:
-

Chuyển động cắt chính: dao tịnh tiến khứ hồi n (htk/ph) (3);

-

Chuyển động bao hình: chuyển động quay của dao nd (v/ph) (1) và chuyển
động quay của phôi np (v/ph) (2);

-

Chuyển động chạy dao: dao tịnh tiến theo phương hướng kính S (mm/htk) để
cắt hết chiều cao răng (4).

Ngoài ra máy còn có chuyển động nhường dao (5) sẽ trình bày rõ hơn ở những phần
sau.

24


Chương 5: Máy gia công bánh răng
b Sơ đồ kết cấu động học máy xọc răng

Hình 5. 16 – Sơ đồ kết cấu động học máy xọc răng
-

Phương trình cơ bản xích tốc độ:
(
5
.
2
2
)

-

Phương trình cơ bản xích bao hình:
(
5
.
2
3
)

-

Phương trình cơ bản xích chạy dao hướng kính:
(
5
.
2
25