thiết kế, chế tạo máy phay lăn răng điều khiển số cnc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THANH PHƯƠNG

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY PHAY LĂN RĂNG
ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103

S K C0 0 4 5 4 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN THANH PHƯƠNG

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY PHAY LĂN RĂNG
ĐIỀU KHIỂN SỐ CNC

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS LÊ HIẾU GIANG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2015


LÝ LỊCH KHOA HỌC
(Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học)

Hình 3x4

I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ và tên: Nguyễn Thanh Phương

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 17/07/1982

Nơi sinh: Tiền Giang

Quê quán: Tiền Giang

Dân tộc: Kinh

Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Giáo viên khoa Cơ Khí
– May – Xây Dựng trường Trung cấp nghề khu vực Cai Lậy.
Địa chỉ liên lạc: Ấp Bình Qưới, Xã Bình Phú, Huyện Cai Lậy, Tỉnh Tiền Giang
Điện thoại cơ quan: 0733919922

Di động: 01664600049

Fax: 0733.710.723

Email:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học
Hệ đào tạo: Chính qui

Thời gian đào tạo từ: 9/2000 đến 5/2005

Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
Ngành học: Cơ Khí Chế Tạo Máy.
2. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính qui

Thời gian đào tạo từ: 4/2012 đến 10/2014

Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh.
Ngành học: Kỹ Thuật Cơ Khí
Tên luận văn: Thiết kế , chế tạo máy phay lăn răng điều khiển cnc
Ngày và nơi bảo vệ luận văn: 16/14/2015, tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ
Thuật TP.Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn: PGS.TS. Lê Hiếu Giang.
3. Trình độ ngoại ngữ: Anh văn trình độ B.

i


III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:

Thời gian

Nơi công tác

Từ 11/2007

Trường Trung Cấp Nghề Khu

đến nay

Vực Cai Lậy

Công việc đảm nhiệm
Giáo viên dạy nghề cắt gọt
kim loại thuộc Khoa Cơ Khí
– May – Xây Dựng

ii


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu ra trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp.Hồ Chí Minh, ngày …...tháng ..…năm 2015
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Thanh Phương

iii

LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS.TS. Lê Hiếu Giang,
Ths. Lê Linh, Ths Đặng Minh Phụng đã tận tình hướng dẫn tôi
trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến toàn thể quí thầy cô trường
Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã giảng dạy, hướng
dẫn và tạo mọi điều kiện, môi trường học tập tốt cho tôi.
Xin cảm ơn các anh em học viên lớp CKM2012A ngành Kỹ
Thuật Cơ Khí đã chia sẽ, hỗ trợ, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập.
Cảm ơn ba mẹ, anh chị em , vợ con và bạn bè đã động viên tôi
trong suốt thời gian học.
Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn.

Học viên

Nguyễn Thanh Phương

iv


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Ở Việt Nam, trước năm 2011, PGS.TS. Lê Hiếu Giang đã hướng dẫn KS. Hồ
Thế Ngọc Quang và KS. Trần Việt Dũng chế tạo thành công mô hình máy phay lăn
răng CNC có thể gia công bánh răng nhựa. Tuy nhiên, đề tài chưa tính toán thiết kế
cho một máy thật và mô hình chỉ mới sử dụng động cơ bước.
Luận văn này chế tạo thành công máy phay lăn răng CNC. Máy gia công
thành công bánh răng trụ răng thẳng, bánh răng trụ răng nghiêng bằng nhựa, đồng
thau.

ABSTRACT
. In Vietnam, before 2011, Prof. Dr. Le Hieu Giang has instructed Hồ Thế
Ngọc Quang và Trần Việt Dũng Engineer, successfully fabricated model CNC gear
hobbing machine can machining plastic gears. However, the thesis is not calculated
design for a real and model only uses stepper motors.
This thesis is successfully fabricated CNC gear hobbing machine. This machine
used software Delphi and servo motors, working machine is machining success spur
gears cylinder, worm gear cylinder of plastic, brass

v


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân

i

Lời cam đoan

iii

Cảm tạ

iv

Tóm tắt

v

Mục lục

vi

Danh sách các bảng

x

Danh sách các chữ viết tắt

x

Danh sách các hình

xi

Chương 1 TỔNG QUAN

1

1.1 Ngoài nước

1

1.2 Trong nước

2

1.3 Tính cấp thiết của đề tài

2

1.4 Nhiệm vụ đề tài

3

1.5 Mục đích đề tài

3

1.6 Phương pháp nghiên cứu

3

1.7 Đối tượng, giới hạn đề tài

3

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

5

2.1.1 Phân loại bánh răng

5

2.1.2 Độ chính xác của bánh răng

5

2.1.3 Vật liệu làm bánh răng

6

2.2 Lý thuyết cơ bản về gia công bánh răng bằng phương pháp phay lăn răng 7
2.2.1 Nguyên lý phay lăn răng

7

2.2.2 Phay lăn răng thẳng

8

2.2.3. Phay lăn răng nghiêng

9

2.2.4 Khả năng công nghệ của máy phay lăn răng

10

2.2.5 Phương pháp lăn răng

11
vi

2.2.6 Tìm hiểu máy phay lăn răng 5M324A

12

2.2.7 Kết luận

17

2.3 Máy phay lăn răng CNC

18

2.3.1 Cơ sở thiết kế máy phay lăn răng CNC

18

2.3.2 Kết cấu máy phay lăn răng

19

2. 3.3 Nguyên lý của máy phay lăn răng thông thường

20

2.3.4 Nguyên lý của máy phay lăn răng có điều khiển theo chương trình số 21
2.3.5 Các máy phay lăn răng có trục dao nằm ngang

22

2.3.6 Các loại dao phay lăn răng

23

2.3.7 Chế độ cắt khi phay lăn răng

26

2.3.8 Bộ truyền vitme bi

29

Chương 3 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

30

3.1 Yêu cầu đề tài

30

3.2 Phương án thiết kế

31

3. 2.1 Phương án 1

31

3.2.2 Phương án 2

32

3.3 Chọn phương án

32

Chương 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY

33

4.1 Thiết kế động học

33

4.1.1 Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC

33

4.1.2 Xích tốc độ

33

4.1.3 Xích bao hình

34

4.1.4 Xích chạy dao

35

4.2 Tính toán chế độ cắt

36

4.3. Tính toán động lực học

41

4.3.1 Chọn động cơ servo

41

4.3.2 Tính toán chi tiết máy

42
vii


Chương 5 CHẾ TẠO MÁY PHAY LĂN RĂNG CNC

55

5.1 Hình toàn máy đã được chế tạo

55

5.2 Điều chỉnh máy

55

5.2.1 Gá đặt và kẹp chặt phôi

56

5.2.2 Gá đặt dụng cụ cắt

56

5.2.3 Sử dụng và bảo quản máy

57

Chương 6 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN

59

6.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển.

59

6.2 Sơ đồ đấu dây mạch điều khiển

60

6.3 Tủ điện điều khiển

64

Chương 7 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

65

7.1 Lưu đồ giải thuật phay lăn răng bánh răng thẳng và bánh răng nghiêng

65

7.2 Giao diện chương trình điều khiển

66

7.2.1 Giao diện chương trình điều khiển bánh răng trụ thẳng

66

7.2.2 Giao diện điều khiển phay bánh răng trụ xoắn trái (nghiêng trái)

67

7.2.3 Giao diện điều khiển phay bánh răng trụ xoắn phải (nghiêng phải)

70

Chương 8 LẮP RÁP VÀ VẬN HÀNH

72

8.1 Mô hình thiết kế 3D

72

8.2 Máy lắp ráp hoàn thiện

73

8.3 Máy gia công

74

8.4 Sản phẩm gia công trên máy phay lăn răng CNC

74

8.4.1 Sản phẩm bằng nhựa

75

8.4.2 Sản phẩm bằng vật liệu đồng

76

8.5 Kiểm tra biên dạng sau khi gia công

77

viii


Chương 9 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

78

9.1 Kết luận

78

9.2 Kiến nghị

80

TÀI LIỆU THAM KHẢO

81

ix


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Thông số về góc độ quay trục dao --------------------------------------------------------- 23
Bảng 2. Kích thước cơ bản của dao phay lăn răng trục vít --------------------------------------- 25
Bảng 3. Tuổi bền T và độ mòn mặt sau h3 của dao phay trục vít ------------------------------- 25
Bảng 4. Tốc độ cắt V và công suất Nz khi cắt răng thô và bán tinh bằng dao phay
trục vít một đầu mối ----------------------------------------------------------------------------------- 27

CHỮ VIẾT TẮT
CAD: Computer Aided Design
CNC: Computer Numerical Control

x

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Hình 1.1 Máy phay lăn răng SAMPUTENSILI

2

Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý phay lăn răng

7

Hình 2.2. Gá dao nghiêng hướng trái

9

Hình 2.3. Gá dao nghiêng hướng phải

9

Hình 2.4. Bánh răng nghiêng trái dao xoắn

9

Hình 2.5. Bánh răng nghiêng phải dao xoắn

9

Hình 2.6. Sơ đồ động máy phay lăn răng 5M324A

13

Hình 2.7. Máy lăn răng gia công thô của hãng Gleason

19

Hình 2.8. Nguyên lý của máy phay lăn răng thông thường

20

Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý của máy PLR có điều khiển theo chương trình số

21

Hình 2.10. Sơ đồ dịch chuyển của dao phay

22

Hình 2.11. Dao phay lăn răng

23

Hình 2.12. Chiều dài ăn dao (l1) và thoát dao (l2) khi cắt răng

28

Hình 2.13. Bộ truyền vitme bi

29

Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC

31

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng CNC

32

Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý máy phay lăn răng

33

Hình 4.2. Xích tốc độ mô hình máy phay lăn răng điều khiển số

34

Hình 4.3. Kích thước dao phay lăn răng

38

Hình 4.4. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy

41

xi


Hình 4.5. Trục dao máy phay lăn răng CNC

42

Hình 4.6. Mô hình đặt điều kiện biên

42

Hình 4.7. Mô hình đặt điều kiện biên

44

Hình 4.8. Biểu đồ lực cắt

44

Hình 4.9. Biểu đồ moment

45

Hình 4.10. Biểu đồ chuyển vị góc

45

Hình 4.11. Biểu đồ độ võng

45

Hình 4.12. Trục gá đầu dao của máy phay lăn răng CNC

46

Hình 4.13. Mô hình đặt điều kiện biên trục 1

46

Hình 4.14. Mô hình đặt điều kiện biên 1

48

Hình 4.15. Biểu đồ lực cắt

48

Hình 4.16. Biểu đồ moment uốn

48

Hình 4.17. Biểu đồ chuyển vị góc

49

Hình 4.1 . Biểu đồ độ võng

49

Hình 4.19. Trục gá phôi của máy phay lăn răng CNC

50

Hình 4.20. Mô hình đặt điều kiện biên trục 2

50

Hình 4.21. Mô hình đặt điều kiện biên trục 2

52

Hình 4.22. Biểu đồ lực cắt

52

Hình 4.23. Biểu đồ moment uốn

52

Hình 4.24. Biểu đồ chuyển vị góc

53

Hình 4.25. Biểu đồ độ võng

53
xii


Hình 5.1. Máy phay lăn răng chưa sơn

54

Hình 6.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển kết nối với máy

58

Hình 6.2. Sơ đồ mạch điều khiển

59

Hình 6.3. Các nút chức năng điều khiển

60

Hình 6.4. Động lực điều khiển

60

Hình 7.1. Màn hình ban đầu

63

Hình 7.2. Màn hình nhập thông số gia công

63

Hình 7.3. Màn hình ban đầu gia công bánh răng trụ xoắn

64

Hình 7.4. Màn hình ban đầu gia công bánh răng trụ xoắn trái

64

Hình 7.5. Màn hình nhập thông số gia công bánh răng trụ xoắn trái

65

Hình 7.6. Màn hình nhập thông số gia công bánh răng trụ xoắn trái (tt)

65

Hình 7.7. Màn hình ban đầu gia công bánh răng trụ xoắn

66

Hình 7. . màn hình ban đầu gia công bánh răng trụ xoắn phải

66

Hình 7.9. Màn hình nhập thông số gia công bánh răng trụ xoắn phải

67

Hình 7.10. Màn hình nhập thông số gia công bánh răng trụ xoắn phải (tt)

67

Hình .1. Mô hình thiết kế 3D toàn máy

68

Hình 8.2. Máy lắp ráp hoàn thiện

69

Hình .3. Máy đang gia công bánh răng nghiêng đồng thau

70

Hình 8.4. Sản phẩm máy gia công vật liệu nhựa

70

Hình .5. Sản phẩm máy gia công vật liệu đồng – bánh răng trụ răng thẳng

71

Hình .6. Sản phẩm máy gia công vật liệu đồng – bánh răng trụ răng nghiêng

71

Hình 8.7. Biên dạng bánh răng sau khi gia công

72

Hình . . Biên dạng bánh răng sau khi gia công

72

xiii

Luận văn thạc sĩ

GVHD:PGS.TS. Lê Hiếu Giang

Chương 1

TỔNG QUAN

1.1. Ngoài nước
Công nghệ gia công chi tiết máy cũng như bánh răng tại các nước phát triển
gần như đã tự động hóa toàn bộ. Dây chuyền gia công bánh răng gần như khép kín
từ khâu gia công phôi đến khâu cắt răng, cạo răng, mài răng.
Các loại máy gia công bánh răng theo phương pháp chép hình, bao hình cũng
được nghiên cứu và chế tạo từ lâu và ngày càng hoàn thiện ở các nước công nghiệp
ví dụ như các hãng sản xuất máy phay lăn răng nổi tiếng như: RicharDon của Đức,
Schiess-Brighton của Mỹ và Đức, hãng Ronson Gears của Úc….
Trong phương pháp bao hình, bánh răng được gia công theo phương pháp
lăn răng. Các loại máy phay lăn răng đã được thiết kế và sản xuất (phân loại theo
mức độ tự động hóa): máy phay lăn răng cổ điển và máy phay lăn răng CNC.
Máy phăn lăn răng cổ điển không có bộ điều khiển. Để liên kết các xích
truyền động với nhau, người vận hành phải tính toán và lắp đặt thêm vào các bộ
bánh răng thay thế cho các bánh răng có số răng khác nhau.
Máy phay lăn răng CNC về cơ bản có nguyên lý cấu tạo giống với máy phay
lăn răng cổ điển nhưng sử dụng bộ điều khiển để điều khiển các động cơ của máy
theo các mối quan hệ về truyền động nhất định và vì vậy không cần sử dụng hệ
bánh răng thay thế. Do sử dụng bộ điều khiển CNC nên máy có thể vừa gia công
được các loại bánh răng, đĩa xích thông thường như máy cổ điển vừa gia công được
các loại dạng trục có rãnh đặc biệt khác mà máy cổ điển không thể gia công được.

HVTH: Nguyễn Thanh Phương

Trang 1


Luận văn thạc sĩ

GVHD:PGS.TS. Lê Hiếu Giang

Máy phay lăn răng SAMPUTENSILI

1.2. Trong nước
-

Ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu chế tạo máy gia công bánh răng là
chưa nhiều và chưa có các công trình nghiên cứu máy phay lăn răng CNC.

-

TS. Lê Hiếu Giang đã hướng dẫn KS. Hồ Thế Ngọc Quang thực hiện luận
văn thạc sĩ (bảo vệ năm 200 ) về chế tạo mô hình máy phay lăn răng CNC
có thể gia công bánh răng nhựa. Nhóm tác giả cũng đã xây dựng được các
giải thuật điều khiển máy để có thể gia công được các loại bánh răng thẳng
và răng nghiêng. Tuy nhiên, đề tài chưa tính toán thiết kế cho một máy thật
và mô hình chỉ mới sử dụng động cơ bước, trong khi đó nếu sử dụng động cơ
Servo sẽ phù hợp với yêu cầu gia công bánh răng hơn.

-

Luận văn thạc sĩ (bảo vệ năm 2010) do KS. Trần Việt Dũng thực hiện dưới
sự hướng dẫn của TS. Lê Hiếu Giang đã đưa ra được bản vẽ thiết kế chi tiết

cơ khí, tuy nhiên phần thiết kế cần tiếp tục phải cải tiến và phần điều khiển
máy phải hoàn thiện hơn.

1.3. Tính cấp thiết của đề tài
Ở các nước công nghiệp hiện nay, quá trình gia công cơ khí có mức
độ tự động hóa rất cao nhờ ứng dụng các kết quả nghiên cứu về lĩnh vực cơ
khí, tự động hóa và điều khiển. Chi tiết bánh răng là một trong các chi tiết rất
HVTH: Nguyễn Thanh Phương

Trang 2


Luận văn thạc sĩ

GVHD:PGS.TS. Lê Hiếu Giang

quan trọng trong ngành cơ khí, được dùng hầu hết trong các bộ truyền động
của các loại máy móc, động cơ xe hơi, honda... Chính vì vậy, các nước đã tập
trung vào nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các loại máy chuyên dùng để gia công
các loại bánh răng khác nhau với mức độ hoàn thiện cao. Với mục tiêu phần
đấu vào năm 2020, đất nước ta về cơ bản là nước công nghiệp, đồng thời có
thể phát triển mạnh ngành công nghiệp phụ trợ thì việc phát triển khoa học
công nghệ nói chung và đầu tư vào việc nghiên cứu, sở hữu công nghệ chế
tạo máy móc thiết bị công nghiệp để gia công các chi tiết máy quan trọng nói
riêng càng trở nên cấp thiết.
1.4. Nhiệm vụ đề tài
-

Đề tài là một phần của đề tài cấp bộ mã số: B2012.22.02 “ Nghiên cứu,
thiết kế, chế tạo máy phay lăn răng điều khiển số CNC ” do PGS.TS. Lê

Hiếu Giang chủ nhiệm , thời gian thực hiện: 04/2012 đến 10/2014.

1.5. Mục đích đề tài
- Thiết kế mô hình máy 3D, 2D, mô phỏng và tính toán động lực học cho máy.
- Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển cho máy.
- Viết chương trình điều khiển máy.
- Chế tạo, lắp ráp, vận hành máy phay lăn răng điều khiển số CNC.
1.6. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết.
- Nghiên cứu so sánh, diễn dịch và quy nạp.
- Nghiên cứu mô phỏng.
1.7. Đối tượng, giới hạn đề tài
 Đối tượng nghiên cứu

HVTH: Nguyễn Thanh Phương

Trang 3


Luận văn thạc sĩ

GVHD:PGS.TS. Lê Hiếu Giang

Nguyên lý gia công bánh răng, các loại máy gia công bánh răng và hệ thống
điều khiển số CNC.
 Giới hạn đề tài.
Do thời gian thực hiện có hạn nên phạm vi nghiên cứu được giới hạn như sau:
-

Nghiên cứu nguyên lý gia công bao hình bánh răng trụ răng thẳng và răng

nghiêng.

-

Nghiên cứu các loại máy gia công bánh răng dạng trụ răng thẳng và
nghiêng vừa và nhỏ.

-

Đưa ra phương án thiết kế máy gia công bánh răng trụ răng thẳng và
nghiêng vừa và nhỏ.

-

Thiết kế, chế tạo phần cơ khí máy CNC gia công bánh răng trụ răng thẳng
và nghiêng vừa và nhỏ.

-

Tham gia nghiên cứu và thiết kế một phần về hệ thống điện và phần mềm
của máy.

HVTH: Nguyễn Thanh Phương

Trang 4


Luận văn thạc sĩ

GVHD:PGS.TS. Lê Hiếu Giang

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Lý thuyết về bánh răng.
2.1.1. Phân loại bánh răng.
 Bánh răng có thể chia thành các loại sau:
 Bánh răng trụ
+

Răng thẳng

+

Răng nghiêng

 Bánh răng côn
+

Răng thẳng

+

Răng xoắn

 Bánh vít
 Ngoài ra theo đặc tính công nghệ bánh răng còn được chia thành các loại sau:
-

Bánh răng không có may ơ, có may ơ

-

Bánh răng có lỗ trơn, lỗ then hoa

-

Bánh răng bậc

-

Bánh răng liền trục và rời trục

2.1.2. Độ chính xác của bánh răng.
 Tiêu chuẩn của bánh răng được chia làm 12 cấp chính xác. Chúng được ký
hiệu bởi các con số từ 1, 2, 3…12 theo độ chính xác giảm dần. Thức tế

HVTH: Nguyễn Thanh Phương

Trang 5


Luận văn thạc sĩ

GVHD:PGS.TS. Lê Hiếu Giang

người ta dùng cấp 3-11 đối với mỗi cấp chính xác còn có các tiêu chuẩn để
đánh giá.
 Độ chính xác truyền động: nó được đánh giá bằng sai số góc quay của bánh

răng sau một vòng quay. Sai số này xuất hiện là do sai số của hệ thống công
nghệ, vì vậy nên lúc thiết kế ta cần phải xem xét đến độ chính xác của tổng
thể hợp thành hệ thống công nghệ sao cho đạt yêu cầu.
 Độ ổn định khi làm việc: nó ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của bánh răng
và độ ồn của bánh răng.
 Độ chính xác tiếp xúc: được đánh giá bằng vết tiếp xúc của profin răng theo
chiều dài và chiều cao răng. Nếu gia công đảm bảo thì tiếp xúc tốt và làm
việc lâu bền.
 Độ chính xác khe hở cạnh răng: được quy định bởi các khoảng cách tâm của
hai bánh răng ăn khớp theo đây ta có các trường hợp:
+

Khe hở không có

+

Khe hở nhỏ

+

Khe hở trung bình

+

Khe hở lớn

 Kết luận: nói chung ta cần xét đến mọi sai số và độ chính xác của bánh răng
từ đó ta đúc kết ra được nguyên nhân gây ra để làm tiền đề cho việc thiết kế được
tối ưu hơn.
2.1.3. Vật liệu làm bánh răng.

 Việc chọn vật liệu làm bánh răng luôn phụ thuộc vào điều kiện làm việc của
chúng. Bánh răng truyền lực lớn người ta thường chế tạo bằng các loại thép
hợp kim Crôm (15Cr, 15CrA, 20Cr, 40Cr…Crôm-Niken) và Crôm-Vandi
(40CrNi, 35CrMoA, 18CrMnTi..)

HVTH: Nguyễn Thanh Phương

Trang 6


Luận văn thạc sĩ

GVHD:PGS.TS. Lê Hiếu Giang

 Các loại bánh răng chịu tải trung bình và nhỏ thường được chế tạo bằng thép
cacbon hay bằng gang. Để chế tạo bánh răng làm việc tránh ồn người ta
dùng vật liệu là vải ép, da ép, cũng có thể chế tạo bánh răng bằng chất dẻo,
độ bền kém nhưng có khả năng làm việc ở tốc độ cao và tránh ồn.
 Giới hạn đề tài nghiên cứu thử tải ở vật liệu gia công: nhựa, đồng thau, thép
C45. Từng bước kiểm nghiệm nâng cao độ cứng vững, độ chính xác của
máy, điều chỉnh giải thuật lập trình nhằm đạt độ chính xác gia công.
2.2. Lý thuyết cơ bản về gia công bánh răng bằng phương pháp phay lăn răng.
2.2.1. Nguyên lý phay lăn răng.

Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý phay lăn răng
 Phay lăn răng là phương pháp thực hiện theo nguyên lý bao hình đó là
phương pháp sản xuất bánh răng rất phổ biến, phương pháp này cho độ
chính xác và năng suât rất cao.
 Dụng cụ cắt là dao phay lăn răng dạng trục vít thân khai. Quá trình gia công
được thực hiện trên máy chuyên dùng. Trong đó dao và phôi thực hiện sự ăn

khớp của bộ truyền trục vít bánh vít. Quá trình ăn dao là liên tục, máy không
cần thiết bị đổi chiều phức tạp, cũng không cần cơ cấu phân độ giống như

HVTH: Nguyễn Thanh Phương

Trang 7


Luận văn thạc sĩ

GVHD:PGS.TS. Lê Hiếu Giang

đầu phân độ của máy phay vạn năng bình thường. Từ đó thời gian phục vụ
liên quan đến đổi chiều hay phân độ được loại trừ.
 Sự ăn khớp của dao phay lăn và bánh răng gia công phải đảm bảo cho bước
răng của cặp ăn khớp ở mặt phẳng pháp tuyến tn=π.m góc ăn khớp của cả
cặp trong mặt phẳng pháp tuyến α=200 tỷ lệ tốc độ gốc bằng tỉ số vòng quay
của cả cặp và ngược với tỷ lệ số răng của chúng, nghĩa là:

 d nd z c


(1)
c nc zd

 Ở đây:  d , nd , z d - tốc độ góc, số vòng quay, số răng của dao.


 c , nc , z c - tốc độ góc, số vòng quay, số răng của bánh răng.

2.2.2. Phay lăn răng thẳng.
 Khi quá trình phay được thực hiện thì dao sẽ quay nd vòng tương ứng với chi
tiết quay np vòng. Lúc ấy khi dao quay 1/k vòng thì chi tiết quay 1/z vòng
phôi.
Với: k là số đầu mối của dao
z là số răng của bánh răng cần gia công
 Tương ứng với chuyển động quay của dao và phôi thì đầu dao sẽ thực hiện
chuyển động tịnh tiến đứng S1 để cắt hết chiều dày của bánh răng. Chuyển
động tiến đứng S1 này nhanh hay chậm tùy thuộc vào tốc độ cắt của dao
phay lăn. Trước khi cắt, dao còn có chuyển động hướng kính sao cho vòng
lăn của dao tiếp xúc với vòng lăn của phôi, điều này đảm bảo cho gia công
đạt chiều sâu của rãnh răng.
 Khi phay răng thẳng, do dao phay có dạng trục vít nên có góc nâng ren, vì
vậy ta phải gá dao sao cho trục của dao nghiêng 1 góc α so với mặt đầu của
chi tiết gia công, góc α này bằng với góc nâng ren của đường xoắn ốc ren
trục vít. Dao phay gá nghiêng về phía nào tùy thuộc vào hướng nghiêng của
răng dao.

HVTH: Nguyễn Thanh Phương

Trang 8


Luận văn thạc sĩ

GVHD:PGS.TS. Lê Hiếu Giang

 Với dao phay có số đầu mối zd cho trước, để gia công bánh răng thẳng có zc
răng, từ biểu thức (1) ta có thể chọn số vòng quay nd và nc thích hợp cho dao
và phôi. Đối với máy phay lăn răng điều khiển số công việc này được thực

hiện tự động thông qua nhập số răng zc từ bàn phím.
 Sơ đồ bố trí dao khi gia công răng thẳng:

Hình 2.2. Gá dao nghiêng hướng trái

Hình 2.3. Gá dao nghiêng hướng phải

2.2.3. Phay lăn răng nghiêng.
 Khi phay bánh răng nghiêng thì nguyên lý cũng giống như bánh răng thẳng
nhưng phải gá trục dao lệch đi một góc ω,  = 
 Với: β là góc nghiêng của bánh răng
α là góc nâng ren của trục dao.
Dấu (-) khi dao và chi tiết cùng chiều nghiêng.
Dấu (+) khi chi tiết và dao ngược chiều nghiêng.

Hình 2.4. Bánh răng nghiêng trái dao xoắn Hình 2.5. Bánh răng nghiêng phải dao xoắn
trái
phải
HVTH: Nguyễn Thanh Phương

Trang 9


Luận văn thạc sĩ

GVHD:PGS.TS. Lê Hiếu Giang

 Khi phay răng nghiêng, S1 tiến đứng song song trục phôi nên phôi phải có
chuyển động quay bổ trợ để hướng răng dao trùng hướng của trục phôi. Để
thực hiện nhiệm vụ này chúng ta phải thiết kế bộ truyền vi sai trong xích

trong xích truyền động.
 Nếu không thiết kế bộ vi sai ta cũng có thể phay được bánh răng nghiêng, lúc
đó ta tính lại bộ bánh răng thay thế cho phù hợp chọn phương pháp không vi
sai để gia công bánh răng nghiêng.
2.2.4. Khả năng công nghệ của máy phay lăn răng.
 Gia công bánh răng trụ răng thẳng
 Gia công bánh răng trụ răng nghiêng
 Gia công được bánh vít
 Đối với máy thiết kế thì sẽ gia công được bánh răng thẳng và bánh răng
nghiêng.
 Ưu nhược điểm của máy phay lăn răng
 Ưu điểm
Nhìn chung phương pháp phay lăn răng có rất nhiều ưu điểm như:
+

Độ chính xác gia công cao

+

Năng suất cao

+

Có thể gia công nhiều bánh răng giống nhau trên một lần gá

+

Gia công bánh răng có modun lớn sẽ có ưu thế hơn các phương pháp

khác.

 Nhược điểm
+

Dao chế tạo phức tạp

+

Khoảng thoát dao lớn

HVTH: Nguyễn Thanh Phương

Trang 10