Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ truyền trục vítbánh vít trên máy CNC

Tạp chí Đại học Công nghiệp

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN
TRỤC VÍT – BÁNH VÍT TRÊN MÁY CNC
Trần Xuân Tùy*
Hồ Thanh Hoàng**
TÓM TẮT
Bài báo này trình bày phương pháp tính toán, thiết kế và gia công bộ truyền trục vít-bánh vít
trên máy CNC. Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor 2010 để thiết kế bộ truyền trục vít - bánh vít.
Từ dữ liệu thiết kế thực hiện việc lập trình và mô phỏng gia công bộ truyền bằng phần mềm
Mastercam X5. Sau đó xuất chương trình gia công dưới dạng mã M, G Code sang máy CNC để
thực hiện gia công bộ truyền trục vít - bánh vít trên máy CNC.

RESEARCH DESIGN AND MACHINING THE WORM WHEEL
ON THE CNC MACHINE
SUMMARY
The article present the calculation, design and machined technique the worm wheel on the
CNC machine. Using the Autodesk Inventor 2010 software to design the worm wheel. From the
above design data, programming and illustrating by the Mastercam X5 software. Finally, export the
machined program under the M, G code to CNC machine to machined the worm wheel.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Bộ truyền trục vít - bánh vít là một trong
các loại truyền động được sử dụng rộng rãi
trong các máy móc thiết bị nói chung. Loại bộ
truyền này thường được chế tạo trên các máy
chuyên dùng.
Ở Việt Nam hiện chưa có nhà máy
chuyên sản xuất các hộp giảm tốc mà các hộp
giảm tốc chủ yếu là nhập từ nước ngoài. Tuy
nhiên, khi hư hỏng thì phải thay thế hộp giảm
tốc, như vậy sẽ rất tốn kém (đặc biệt đối với

những hộp giảm tốc có kích thước lớn). Để đáp
ứng nhu cầu phụ tùng thay thế bộ truyền của
hộp giảm tốc nói chung và bộ truyền trục vít bánh vít nói riêng thì việc nghiên cứu chế tạo
đơn chiếc trên máy CNC là hết sức cần thiết.

*

2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1. Giới thiệu bộ truyền trục vít bánh vít
Bộ truyền trục vít - bánh vít, gọi tắt là bộ
truyền trục vít, được xếp vào loại truyền động
răng - vít, kết hợp giữa bộ truyền bánh răng và
vít. Bộ truyền trục vít thường dùng để truyền
chuyển động và công suất giữa hai trục vuông
góc với nhau trong không gian, hoặc chéo nhau
và góc giữa hai trục thường là 90o, hình 1.
Bộ truyền trục vít - bánh vít có 2 bộ phận
chính: Trục vít dẫn 1, có đường kính d1, trục vít
thường làm liền trục với trục dẫn I, quay với số
vòng quay n1, công suất truyền động P1, mô men
xoắn trên trục T1. Bánh vít bị dẫn 2, có đường
kính d2, được lắp trên trục bị dẫn II, quay với số
vòng quay n2, công suất truyền động P2, mô men
xoắn trên trục T2.

PGS.TS. Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng
GV. Trường Đại học Công nghiệp Tp. Hồ Chí Minh. Cơ sở Quảng Ngãi

**

11


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ truyền…

Hình 1. Bộ truyền trục vít-bánh vít
a- Bộ truyền trục vít; b- Hộp giảm tốc trục vít - bánh vít.
2.2. Tính toán các thông số cơ bản của
bộ truyền trục vít
Hộp giảm tốc trục vít - bánh vít với các số
liệu cần thiết kế như sau: Công suất P2 = 5kW,

số vòng quay bánh vít n2 = 33,7 vòng/phút, số
vòng quay trục vít n1 = 915 vòng/phút. Bộ
truyền quay 1 chiều, tải trọng thay đổi không
đáng kể.

a)

b)
Hình 2. Các thông số hình học của bộ truyền trục vít
a- Trục vít Archimede; b- Kích thước bộ truyền trục vít

Chọn số mối ren trên trục vít Z1 = 1.
Z
n
915
Tỷ số truyền: u = 2 = 1 =
= 27,15
Z1 n2 33,7

Ta tính số răng trên bánh vít Z2 = u.Z1 =
27,15.1 = 27,15. Để không xảy ra hiện tượng cắt
chân răng [3] thì Z2 > Zmin = 26 (răng) nên chọn
Z2 = 28 (răng).
Khoảng cách trục chọn theo tiêu chuẩn
[4],[5]: aw = 63. Theo tiêu chuẩn để thỏa mãn

12

điều kiện: 0,22 ≤ q/Z2 ≤ 0,4 [5] thì chọn hệ số
đường kính q =10.
2.aw
2.63
Mô đun: m =
=
= 3,32 , theo
( z2 + q ) (28 + 10)
tiêu chuẩn [4] chọn m = 3,15 mm.
Tính các kích thước chính của bộ truyền theo
bảng 1.


Tạp chí Đại học Công nghiệp

Bảng 1
Thông số hình học
Đường kính vòng tròn chia
Đường kính vòng tròn đỉnh
Đường kính vòng tròn chân ren
Góc nâng ren vít

Bước ren trục vít

Công thức tính toán
TRỤC VÍT
d1= q.m = 10.3,15 = 31,5 mm.
da1 = dc1 + 2f0.m = 37,8 mm.
df1 = dc1 – 2f0.m – 2c0.m = 23,94 mm.
tgλ = Z1/q = 1/10 = 0,1 ⇒ λ = 5071’
t = π.m = 3,14.3,15 = 9,89 mm

Đường kính vòng tròn chia

B1 ≥ (11+0,06.Z2).m =(11+ 0,06.28).3,15 = 39,942 mm.
BÁNH VÍT
d2 = Z2.m = 28.3,15 = 88,2 mm.

Đường kính vòng tròn đỉnh

da2 = (Z2+2f0+2ξ).m = (28+2.1 +2.0).3,15=94,5 mm.

Đường kính vòng tròn chân răng
Đường kính vòng tròn lớn nhất

df2 = m(Z2 – 2,4) = 3,15(28-2,4) = 80,64 mm.
da2max ≤ de2 + 2.m = 94,5 + 2.3,15 = 100,8 mm.

Chiều rộng bánh vít

B2 ≤ 0,75.de1 = 0,75.37,8 = 28,35 mm.

Chiều dài phần cắt ren

2.3. Thiết kế bộ truyền trục vít bằng
phần mềm Autodesk Inventor 2010
2.3.1. Thiết kế trục vít trên phần mềm
Autodesk Inventor 2010
Theo phương pháp tính toán ở trên ta có
được các kích thước chính của trục vít ta tiến
hành thiết kế trục vít theo trình tự như sau:
Bước 1: Tạo phôi trục vít phần cắt ren
Sử dụng các lệnh Circle, Extrude, Chamfer,
vẽ được khối trụ, hình 3.

- Sau khi vẽ xong biên dạng Sketcher, chọn
lệnh Coil để cắt ren, nhập vào các thông số
bước ren, số vòng trục vít, hướng cắt ren…,
hình 5.

Hình 3. Tạo phôi cho trục vít phần cắt ren
Bước 2: Tạo ren trên trục vít
- Vẽ phác Sketcher biên dạng dao cắt ren có
kích thước, hình 4.

Hình 5. Nhập thông số ren của trục vít
Bước 3: Thiết kế hoàn chỉnh trục vít liền trục
Vẽ các bậc trục vít bằng lệnh Circle,
Extrude, bo tròn và vát góc tại bậc hạ trục và
đầu góc hình trụ của trục vít bằng các lệnh
Fillet, Chamfer ta được kết quả, hình 6.

Hình 4. Biên dạng dao cắt ren trục vít
13


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ truyền…

Bước 1: Dựng hình phôi cho bánh vít
Sử dụng lệnh Line, Circle, Revolve…, dựng
hình phôi cho bánh vít như hình 7.

Hình 6. Trục vít liền trục hoàn chỉnh
2.3.2. Thiết kế bánh vít trên phần mềm
Autodesk Inventor 2010
Theo phương pháp tính toán ở trên ta có
được các kích thước chính của bánh vít ta tiến
hành thiết kế bánh vít theo trình tự như sau:

Hình 7. Tạo phôi cho bánh vít
Bước 2: Vẽ biên dạng thân khai
- Sử dụng lệnh Manage / Parameters để
khai báo và thiết lập biến kích thước, hình 8.

Hình 8. Khai báo và thiết lập biến kích thước
- Sử dụng các lệnh Circle, Spline, Copy ta dựng được biên dạng đường thân khai, hình 9.

Hình 9. Dựng hình biên dạng thân khai của bánh vít

14

Tạp chí Đại học Công nghiệp

- Sử dụng lệnh Line, dựng đường thẳng
trùng với đường lấy đối xứng của đường thân
khai và gán kích thước bằng khoảng cách trục
giữa trục bánh vít và trục vít. Sau đó, dựng
đường thẳng vuông góc với đường thẳng vừa
tạo ta sẽ tạo được đường center line làm trục
quay để cắt biên dạng răng thân khai bằng lệnh
Revolve - Cut ta được kết quả như hình 10.

HHình 12. Bánh vít biên dạng thân khai
hoàn chỉnh

Hình 10. Biên dạng thân khai 1 răng của
bánh vít

2.3. Lập trình gia công bộ truyền trục
vít bằng phần mềm Mastercam X5
2.3.1. Mô phỏng gia công bánh vít
* Lập trình gia công bánh vít sử dụng chu
trình Surface Rough\Flowline… kết quả mô
phỏng gia công bánh vít, hình 13.

Bước 3: Tạo 28 răng cho bánh vít
Chọn lệnh Circular Patten: Feature là rãnh
răng vừa vẽ, trục xoay là trục z, số lượng
Placement = 28 ta được kết quả, hình 11.

 

Hình 11. Tạo 28 răng cho bánh vít
Bước 4: Thiết kế hoàn thiện bánh vít
Sử dụng các lệnh Circle, Rectangle,
Extrude, Chamfer, Fillet… vẽ lỗ trục, rãnh then,
vành biên bánh vít ta được bánh vít biên dạng
thân khai hoàn chỉnh, hình 12.

Hình 13. Mô phỏng gia công bánh vít

15


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ truyền…

* Chương trình gia công bánh vít.
O1111 (Chương trình chính )
N100 G90 G54
N102 G0 Q0
N104 M98 P281112
N106 M5
N108 G91 G28 Z0.
N110 G28 X0. Y0.
N112 M30
O1112 ( Chương trình con)
N100 T4 M6 G43 H4
(Gia công thô)
N102 S2000 M3
N104 G0 X0 Y0 Z60
N106 G91 G0 Q12.857

N108 G90 G0 Z52
N110 X5.726 Y-4.74
……………………..

N4188 T8 M6 G43 H8
(Gia công tinh)
N4190 S3000 M3
N4192 G0 X5.748 Y.839 Z60
N4196 G1 Z48.274 F150.
N4198 X5.912 Y.764 F300.
N4200 Z48.269
N4202 X5.466 Y.818 Z48.036
N4204 X4.854 Y.891 Z47.755
N4206 X4.22 Y.964 Z47.506
N4208 X3.566 Y1.039 Z47.291
N4210 X2.896 Y1.113 Z47.113
N4212 X2.41 Y1.166 Z47.009
………………................
N1428 G1 Z48.037 F150.
N1430 G0 Z70
N1438 M99

2.3.2. Mô phỏng gia công trục vít
* Gia công trục vít sử dụng chu trình G78
lập trình trực tiếp trên máy tiện CNC. Kết quả
mô phỏng gia công trục vít, hình 14.

Hình 14. Mô phỏng gia công trục vít
* Chương trình gia công trục vít
O1113

N5 G90
N10 T0909
N15 G97 S1 M3
N20 G0 X37.8 Z10
N25G78 P201060 Q100 R1
N30G78 X23.94 Z-80 R0 P6930 Q150 F9.9
N30 G0 X30
N35 Z20
N40 M30

16

2.4. Gia công bộ truyền trục vít - bánh
vít trên máy CNC
Sau khi lập trình mô phỏng gia công bộ
truyền trục vít - bánh vít bằng phần mềm
Mastercam X5 ta chọn vật liệu gia công, chế độ
cắt, dụng cụ cắt… rồi tiến hành gia công trục vít
- bánh vít trên máy tiện CNC 3 trục EMCO
Concept Turn 250 và máy phay CNC 4 trục
EMCO Concept Mill 155 tại Viện công nghệ
Cơ khí và tự động hóa, trường Đại học Bách
Khoa, Đại học Đà Nẵng, hình 15.


Tạp chí Đại học Công nghiệp

a)

b)

Hình 15. Gia công bộ truyền trục vít trên máy CNC
a- Gia công trục vít trên máy tiện CNC 3 trục
b- Gia công bánh vít trên máy phay CNC 4 trục
3. KẾT LUẬN
Đã hoàn thiện phương pháp tính toán và
thiết kế bộ truyền trục vít trên phần mềm
Autodesk Inventor 2010 bằng phương trình tham
số.
Nghiên cứu xây dựng trình tự gia công,
lập chương trình và mô phỏng gia công bằng
phần mềm Mastercam X5. Kết quả là đã gia
công được bộ truyền trục vít đạt yêu cầu kỹ
thuật đưa ra, hình 16.
Với kết quả này có thể áp dụng để thiết
kế, chế tạo các bộ truyền trục vít phục vụ cho
nhu cầu phụ tùng thay thế ở thực tế sản xuất.

Hình 16. Sản phẩm hoàn thành sau khi gia
công trên máy CNC

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lê Cung (2007), Bài giảng Nguyên lý máy, Trường Đại học Bách khoa - Đà Nẵng.
[2] Nguyễn Trọng Hiệp (2003), Chi tiết máy, tập 1, 2, Nhà xuất bản Giáo dục.
[3] Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm (2002), Thiết kế chi tiết máy, NXB Giáo dục.
[4] Nguyễn Hữu Lộc (2008), Cơ sở thiết kế máy, Trường Đại học Bách khoa – Tp.HCM.
[5] Nguyễn Văn Yến, (2005), Giáo trình chi tiết máy, Nhà xuất bản Giao thông vận tải.
[6] Nguyễn Văn Yến - Ngô Tấn Thống (2004), MasterCam lập trình CNC nâng cao, Nhà xuất bản
Giao thông vận tải.

17