Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ CADCAM trong thiết kế chế tạo và kiểm tra bánh răng côn răng thẳng

Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012

MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................... 1
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ....................................................................... 6
DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU ........................................................................... 9
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 10
1. Lý do chọn đề tài. ............................................................................................... 10
2. Mục đích nghiên cứu........................................................................................... 11
3. Đối tƣợng nghiên cứu. ........................................................................................ 11
4. Nhiệm vụ nghiên cứu. ......................................................................................... 11
5. Giới hạn của đề tài. ............................................................................................. 11
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. ............................................................................ 12
7. Phƣơng pháp nghiên cứu. .................................................................................... 12
7.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý luận. ..................................................................... 12
7.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm.............................................................. 12
8. Bố cục của luận văn. ........................................................................................... 12
CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM ....................................... 13
1.1 Tổng quan về CAD/CAM. ................................................................................ 13
1.1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của CAD/CAM. .................................................. 13
1.1.2 Khái niệm về CAD và ứng dụng. ................................................................... 14
1.1.3 Khái niệm về CAM và ứng dụng. ................................................................... 17
1.2 Ứng dụng của CAD/CAM trong sản xuất cơ khí. .............................................. 18
1.2.1 Đối tƣợng của CAD/CAM.............................................................................. 18
1.2.2 Ứng dụng của CAD/CAM trong sản xuất cơ khí. ........................................... 19
1.3 Kết luận chƣơng I.............................................................................................. 23
CHƢƠNG II CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ BÁNH RĂNG VÀ BÁNH RĂNG
CÔN RĂNG THẲNG ................................................................................................ 24

1


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012

2.1. Khái niệm chung về bánh răng. ........................................................................ 24
2.1.1 Khái niệm bánh răng. ..................................................................................... 24
2.1.2 Phân loại bánh răng. ....................................................................................... 25
2.2 Khái niệm về bánh răng thân khai. .................................................................... 26
2.2.1 Đƣờng thân khai. ............................................................................................ 26
2.2.2 Bánh răng thân khai. ...................................................................................... 27
2.2.3. Bánh răng có biên dạng thân khai đƣợc sử dụng phổ biến vì : ...................... 29
2.3 Các phƣơng pháp chế tạo bánh răng thƣờng dùng. ............................................ 29
2.3.1 Yêu cầu kỹ thuật của bánh răng. ..................................................................... 29
2.3.2 Các phƣơng pháp chế tạo bánh răng thƣờng dùng. ......................................... 30
2.4 Khái niệm cơ bản về bánh răng côn răng thẳng. ............................................... 33
2.4.1 Khái niệm. ..................................................................................................... 33
2.4.2 Các thông số hình học chủ yếu. ...................................................................... 33
2.4.3 Các phƣơng pháp gia công bánh răng côn răng thẳng thƣờng dùng. ............... 35
2.5 Kết luận chƣơng II ............................................................................................ 39
CHƢƠNG III ỨNG DỤNG CAD TRONG THIẾT KẾ BÁNH RĂNG CÔN RĂNG
THẲNG ..................................................................................................................... 40
3.1 Cơ sở để xây dựng đƣờng thân khai trong CAD .............................................. 40
3.2 Thiết lập phƣơng trình bề mặt bánh răng côn răng thẳng biên dạng thân khai. .. 41
3.3 Xây dựng bề mặt bánh răng côn răng thẳng trong CAD. ................................... 45
3.4 Kết luận chƣơng III ........................................................................................... 50
CHƢƠNG IV ỨNG DỤNG CAM TRONG CHẾ TẠO BÁNH RĂNG CÔN RĂNG

THẲNG VÀ KIỂM TRA ........................................................................................... 51
4.1 Đƣờng dụng cụ trong gia công CNC ................................................................. 51
4.1.1 Khái niệm về đƣờng dụng cụ. ......................................................................... 51
4.1.2 Các thông số của đƣờng dụng cụ. ................................................................... 53
4.2 Xây dựng đƣờng chạy dao gia công bánh răng côn răng thẳng. ........................ 54
2


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012

4.2.1 Cơ sở để xây dựng.......................................................................................... 54
4.2.2 Xây dựng phƣơng trình đƣờng chạy dao gia công bánh răng côn răng thẳng. . 56
4.3 Gia công bánh răng côn răng thẳng trên phần mềm CAM. ................................ 59
4.3.1 Thiết kế quá trình công nghệ gia công bánh răng. ........................................... 59
4.3.2 Sử dụng Mastercam để sinh chƣơng trình NC gia công bánh răng. ................ 62
4.4 Gia công kiểm nghiệm phƣơng pháp. ............................................................... 67
4.4.1 Chọn máy gia công ........................................................................................ 67
4.4.2 Quá trình giá đặt và gia công chi tiết. ............................................................. 68
4.5.Kiểm tra và đánh giá độ chính xác. ................................................................... 72
4.5.1 Các thông số cần kiểm tra. ............................................................................. 72
4.5.2 Kiểm tra một số thông số cơ bản bằng phƣơng pháp truyền thống. ................. 73
4.5.3 Kiểm tra bánh răng côn răng thẳng bằng phƣơng pháp đo tọa độ trên máy
CMM. ..................................................................................................................... 75
4.5.4. Xử lý số liệu sau khi đo ................................................................................. 79
4.6 Kết luận chƣơng IV ........................................................................................... 84
KẾT LUẬN VÀ MỘT SỐ KIẾN NGHỊ ..................................................................... 85
1. Kết luận. ............................................................................................................. 85
2. Một số kiến nghị. ................................................................................................ 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO. ......................................................................................... 87

3


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, những gì mà tôi viết trong luận văn này là do sự tìm hiểu và
nghiên cứu của bản thân. Mọi kết quả nghiên cứu cũng nhƣ ý tƣởng của các Tác giả
khác nếu có đều đƣợc trích dẫn nguồn gốc cụ thể.
Luận văn này cho đến nay chƣa đƣợc bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo vệ luận
văn thạc sỹ nào và chƣa đƣợc công bố trên bất kỳ một phƣơng tiện thông tin nào.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan ở trên đây.
Hà Nội, tháng 08 năm 2012.
Học viên

Nguyễn Thanh Tùng

4


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012
LỜI MỞ ĐẦU

Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn Viện Cơ Khí - Trƣờng Đại học Bách

khoa Hà nội, Viện đào tạo Sau Đại học - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà nội, Trƣờng
Đại Học Mỏ - Địa Chất, Bộ môn Kỹ Thuật Cơ Khí - Trƣờng Đại Học Mỏ - Địa Chất,
Khoa Cơ Điện - Trƣờng Đại Học Mỏ - Địa Chất đã tạo điều kiện để Tác giả hoàn
thành luận văn này.
Đặc biệt, với lòng biết ơn sâu sắc, Tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy TS.
Bùi Ngọc Tuyên , ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn Tác giả làm đề tài này.
Do trình độ bản thân còn hạn chế, bài viết đề tài không tránh khỏi những thiếu
sót. Tác giả mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp, bổ sung của các Thầy đề luận
văn này đƣợc hoàn thiện hơn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!
Tác giả đề tài

Nguyễn Thanh Tùng

5


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Sơ đồ quá trình thiết kế truyền thống và có sự trợ giúp của
CAD/CAM
Hình 1.2 Sơ đồ chu kỳ sản xuất truyền thống.
Hình 1.3 Chu kỳ sản xuất có sự trợ giúp của CAD/CAM
Hình 1.4 Quy trình thiết và gia công truyền thống
Hình 1.5 Quy trình thiết và gia công theo công nghệ CAD/CAM.
Hình 2.1 Các loại bánh răng
Hình 2.2 Sự hình thành đƣờng thân khai

Hình 2.3 Sơ đồ tính đƣờng thân khai
Hình 2.4 Bánh răng biên dạng thân khai
Hình 2.5 Thông số hình học của bánh răng thân khai
Hình 2.6 Gia công bánh răng bằng phƣơng pháp phay định hình
Hình 2.7 Xọc bao hình
Hình 2.8 Bánh răng côn răng thẳng
Hình 2.9 Thông số hình học bánh răng côn răng thẳng
Hình 2.10 Gia công bánh răng côn bằng dao phay đĩa modul
Hình 2.11 Bào bao hình bánh răng côn răng thẳng.
Hình 2.12 Gia công bánh răng côn bằng phƣơng pháp bao hình.
Hình 2.13 Phay bánh bao hình bánh răng côn.
Hình 2.14 Bào bánh răng côn bằng 2 dao.
Hình 3.1 Sơ đồ xác định tọa độ điểm M.
Hình 3.2 Sơ đồ bánh răng côn
Hình 3.3 Sơ đồ tính bánh răng côn
Hình 3.4 Sơ đồ tính OO’
Hình 3.5 Dựng kích thƣớc hình học phôi
Hình 3.6 Hình dạng phôi
6


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012

Hình 3.7 Xây dựng điểm
Hình 3.8 Tọa độ điểm
Hình 3.9 Tọa độ điểm liên kết
Hình 3.10 Đƣờng thân khai
Hình 3.11 Rãnh bánh răng

Hình 3.12 Tạo rãnh răng
Hình 3.13 Bánh răng côn
Hình 4.1 Đƣờng dụng cụ
Hình 4.2 Kiểu đƣờng chạy dao
Hình 4.3 Hƣớng cắt
Hình 4.4 Khoảng cách đƣờng chạy dao
Hình 4.5 Đƣờng chạy dao theo bề mặt
Hình 4.6 Mô hình bánh răng tƣơng đƣơng
Hình 4.7 Sơ đồ thiết lập đƣờng chạy dao
Hình 4.8 Phôi bánh răng
Hình 4.9 Dao phay đầu cầu
Hình 4.10 Chọn máy
Hình 4.11 Nhập phôi
Hình 4.12 Đƣờng dụng cụ
Hình 4.13 Chọn dụng cụ và các chế độ công nghệ
Hình 4.14 Chạy chƣơng trình gia công
Hình 4.15 Máy phay HITACHI MCV 40
Hình 4.16 Gia công tạo phôi
Hình 4.17 Quá trình gá đặt chi tiết
Hình 4.18 Gia công mặt côn phụ nhỏ
Hình 4.19 Hình ảnh gia công bánh răng
Hình 4.20 Sơ đồ đo sai lệch bƣớc vòng
7


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012

Hình 4.21 Đo sai số profin răng

Hình 4.22 Sơ đồ thiết lập hệ trục tọa độ

8


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
Bảng 3.1 Liên kết tọa độ điểm với bảng exel
Bảng 4.1 Số liệu biên dạng bánh răng trái
Bảng 4.2 Số liệu biên dạng bánh răng phải

9


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012
MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài.
Bánh răng nói chung và bánh răng thân khai nói riêng là chi tiết phổ biến dùng
trong chuyền động cơ khí, chúng có bề mặt phức tạp, việc chế tạo nó không đơn giản
và mất nhiều công sức, nó đòi hỏi phải có các máy gia công và dụng cụ chuyên dùng.
Công nghệ CAD/CAM đã đƣợc thế giới nghiên cứu và ứng dụng từ rất lâu, nó
đã có những đóng góp nhất định trong sản xuất và nghiên cứu. Hiện nay, chúng ta vẫn
đang nghiên cứu và ứng dụng công nghệ CAD/CAM kếPt hợp với CNC vào việc thiết
kế và gia công bánh răng nhằm nâng cao hiệu quả và độ tin cậy trong việc thiết kế, chế

tạo nó.
Thông thƣờng để gia công bánh răng chúng ta phải đầu tƣ máy móc và thiết bị
chuyên dùng nên nếu chúng không đƣợc sử dụng hết công suất sẽ gây ra lãng phí, dẫn
tới giá thành sản phẩm cao. Do đó ngƣời ta chỉ đầu tƣ chúng để gia công các bánh răng
phổ biến, bánh răng tiêu chuẩn.
Một số vấn đề đặt ra là :
Thứ nhất : đối với các bánh răng phi tiêu chuẩn, bánh răng lớn, hoặc bánh răng
dùng trong các thiết bị đặc biệt thì việc thiết kế, chế tạo nó thế nào ?. Khi đó để làm
đƣợc việc đó chúng ta lại phải đầu tƣ máy móc và các thiết bị chuyên dùng, trong khi
sản lƣợng của nó không nhiều, điều đó dẫn tới hiệu quả kinh tế không cao.
Thứ hai : Đối với các phân xƣởng nhỏ và trung bình, không có điều kiện đầu tƣ
máy móc chuyên dùng để gia công bánh răng. Khi các phân xƣởng này có nhu cầu chế
tạo bánh răng để sản xuất, thay thế và sửa chữa thì việc phải đi đặt hàng sẽ gây ra tốn
kém về kinh tế và thời gian, trong khi thực tế là đa phần các phân xƣởng đều đƣợc
trang bị máy CNC vạn năng. Vấn đề là làm thế nào để tận dụng đƣợc máy CNC để có
thể đáp ứng đƣợc yêu cầu chế tạo bánh răng.
Từ các yêu cầu trên Tác giả đã chọn hƣớng nghiên cứu là ứng dụng công nghệ
CAD/CAM để giải quyết vấn đề trên.
10


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012

Phƣơng pháp này còn có thể mô phỏng trực quan quá trình gia công bánh răng
phục vụ quá trình nghiên cứu, học tập với chi phí rẻ mà đạt hiệu quả cao.
Đƣợc sự giúp đỡ, hƣớng dẫn tận tình của Thầy TS. Bùi Ngọc Tuyên, Tác giả đã
chọn đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế chế tạo và
kiểm tra bánh răng côn răng thẳng” làm đề tài luận văn tốt nghiệp thạc sĩ khoa học

chuyên ngành Chế tạo máy với mong muốn đóng góp một phần sức lực nhỏ bé của
mình vào sự phát triển chung đất nƣớc và của nhà trƣờng.
2. Mục đích nghiên cứu.
Nghiên cứu, ứng dụng công nghệ CAD/CAM trong thiết kế chế tạo và kiểm tra
bánh răng côn răng thẳng
3. Đối tƣợng nghiên cứu.
Công nghệ CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo, kiểm tra bánh răng côn răng
thẳng.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu.
-

Nghiên cứu lý thuyết về thiết kế , chế tạo bánh răng côn răng thẳng.

-

Nghiên cứu các phƣơng pháp gia công bánh răng truyền thống.

-

Tổng quan về ứng dụng của CAD/CAM trong thiết kế và sản xuất .

-

Ứng dụng phần mềm Solidwork để thiết kế bánh răng côn răng thẳng.

-

Mô phỏng quá trình gia công bánh răng côn răng thẳng trên phần mềm
CAM.

-

Gia công thực nghiệm kiểm chứng phƣơng pháp.

5. Giới hạn của đề tài.
Đề tài chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ CAD/CAM cho
bánh răng côn răng thẳng biên dạng thân khai.

11


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
- Ý nghĩa khoa học : Đa dạng hóa các phƣơng pháp gia công bánh răng. Đề tài
làm cơ sở để nghiên cứu , ứng dụng phát triển sâu rộng hơn để tối ƣu hóa quá trình gia
công, chế tạo bánh răng.
- Hiệu quả về giáo dục và đào tạo : Là nguồn tài liệu ý nghĩa trong giảng dạy và
nghiên cứu khoa học.
- Hiệu quả về kinh tế - xã hội : Phƣơng pháp này giúp nâng cao hiệu quả , tiết
kiện thời gian và kinh phí trong việc gia công bánh răng. Nó có tính ứng dụng cao
trong các phân xƣởng cơ khí chế tạo bánh răng phục vụ sửa chữa và thay thế.
7. Phƣơng pháp nghiên cứu.
7.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý luận.
Phân tích và tổng hợp các tài liệu có liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu để xây
dựng cơ sở lý luận của đề tài.
7.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm.
Nghiên cứu, tìm hiểu và ứng dụng tin học trong quá trình thiết kế và gia công

bánh răng côn răng thẳng.
Khảo sát, tìm hiểu quá trình gia công bánh răng thân khai, bánh răng côn răng
thẳng ở một số cơ sở gia công bánh răng. Trao đổi lấy ý kiến của những ngƣời có kinh
nghiệm trong thiết kế, chế tạo bánh răng côn.
8. Bố cục của luận văn.
Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị và các danh mục, tài liệu tham khảo, các
phụ lục của luận văn, nội dung của luận văn bao gồm 4 chƣơng:
Chƣơng I : Tổng quan về công nghệ CAD/CAM.
Chƣơng II : Các khái niệm cơ bản về bánh răng và bánh răng côn răng thẳng.
Chƣơng III : Ứng dụng CAD trong thiết kế bánh răng côn răng thẳng.
Chƣơng IV : Ứng dụng CAM trong chế tạo bánh răng côn răng thẳng và kiểm tra.

12


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012
CHƢƠNG I

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CAD/CAM
1.1 Tổng quan về CAD/CAM.
1.1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của CAD/CAM.
Quá trình thiết kế và gia công truyền thống đã phát triển đến mức độ tối ƣu khả
năng của nó, song nó vẫn không đạt đƣợc những mong muốn của các nhà sản xuất.
Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của máy tính, ngƣời ta đã mong muốn có thể nhờ sự trợ
giúp của máy tính trong quá trình thiết kế, gia công,.. cũng nhƣ tự động hóa quá trình
sản xuất. Với ý tƣởng đó ngành CAD/CAM đã dần dần đƣợc hình thành và bắt đầu
phát triển.
Lúc đầu CAD/CAM là hai ngành phát triển tách biệt với, độc lập với nhau trong

khoảng 30 năm . Hiện nay chúng đƣợc tích hợp vào một hệ, trong đó thiết kế có thể lựa
chọn phƣơng án tối ƣu và quá trình sản xuất có thể đƣợc giám sát và điều khiển từ khâu
đầu đến khâu cuối.
Cũng nhƣ hệ CAD , hệ CAM đƣợc phát triển ứng dụng đầu tiên tại MIT cho các
máy gia công điều khiển số CNC (Computer Numerical Control) bằng vi tính vào đầu
những năm 70. Hệ tích hợp CAD/CAM ra đời vào giữa những năm 70 và 80. Cuối
những năm 1990, CAD/CAM đã đạt đƣợc những thành tựu đáng kể.
Từ việc ra đời của CAD/CAM các lĩnh vực khác của việc ứng dụng máy tính
cũng phát triển theo nhƣ :
- Đồ họa máy tính : CG (Computer Graphics)
- Phân tích kỹ thuật có sự trợ giúp của máy tinh : CAE (Computer Aided
Engineering).
- Lập kế hoạch sản xuất có sự trợ giúp của máy tính : CAPP ( Computer Aided
Process Planning).
………………..

13


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012

Ở Việt Nam, CAD/CAM xuất hiện thông qua các phần mềm mua của nƣớc
ngoài để phục vụ học tập, nghiên cứu, ứng dụng. Nhƣng hầu hết các xí nghiệp trong
nƣớc gần nhƣ sử dụng phần mềm miễn phí.
Các phần mềm CAD/CAM phổ biến hiện nay là :
AutoCAD, Pro/ENGINEER, Cimatron,

Mastercam,

SolidWorks, Catia,

Unigraphics, SolidEdge.
1.1.2 Khái niệm về CAD và ứng dụng.
1. Khái niệm.
CAD (Computer Aided Design) : Thiết kế có sự trợ giúp của máy tính. Ngày
nay CAD đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhƣ : Cơ khí, Xây
dựng, kiến trúc, mỹ thuật, y học,...
Trong giới hạn của đề tài, Tác giả chỉ tìm hiểu về CAD trong sản xuất cơ khí.
CAD đƣợc hiểu là các hoạt động thiết kế liên quan đến việc sử dụng máy tính để
tạo lập, sửa chữa hoặc trình bày một thiết kế kỹ thuật. CAD có liên hệ chặt chẽ với hệ
thống đồ họa máy tính. Sử dụng hệ thống CAD là tăng hiệu quả làm việc cho ngƣời
thiết kế, tăng chất lƣợng thiết kế, nâng cao chất lƣợng trình bày thiết kế và tạo lập cơ
sở dữ liệu cho sản xuất.
2. Ứng dụng của CAD trong thiết kế cơ khí.
a/ Hỗ trợ quá trình thiết kế.
Theo truyền thống, công tác thiết kế kỹ thuật đƣợc tiến hành trên bản vẽ trong
đó bản thiết kế đƣợc thiết lập dƣới dạng các bản vẽ kỹ thuật.Tuỳ theo từng lĩnh vực
mà bản thiết kế có những yêu cầu riêng, chẳng hạn thiết kế cơ khí, ngoài bản vẽ
tổng thể, các bản vẽ chi tiết và các bản vẽ cụm, còn kèm theo bản vẽ dụng cụ cắt
gọt và đồ gá để chế tạo ra sản phẩm. Bản thiết kế của các lĩnh vực khác nhƣ xây
dựng, hoá chất, chế tạo máy bay, ngoài đặc điểm chung cơ bản, cũng có những nét
đặc thù riêng nhƣ vậy. Trong từng lĩnh vực nói trên, phƣơng pháp tiếp cận truyền
thống là tổng hợp một bản thiết kế sơ bộ theo cách thủ công rồi mới qua phân tích
14


Lun vn thc s khoa hc

Nm 2012

di mt dng no ú. Bc phõn tớch ny cú th gm nhng bn tớnh toỏn k
thut phc tp hoc phi qua ỏnh giỏ hon ton ch quan v phng din thm m
m bn thit k yờu cu. Quỏ trỡnh phõn tớch l t c nhng ci thin trong
nhng ch tiờu c th v nh ó núi trờn, õy l mt quỏ trỡnh lp. C mi ln lp,
ch tiờu c ci thin thờm mt ớt ng thi cng tiờu hao thờm mt lng lao
ng tng ng. Nu khụng cú s tham gia ca mỏy tớnh thỡ s tiờu hao ny s cú
th l rt ln hon thin mt ỏn thit k.
Quá trình thiết kế
Phát hiện nhu cầu

Xác định vấn đề

Thiết kế có sự hỗ
trợ của CAD

Phát hiện nhu cầu

Xác định vấn đề
Tổng hợp thông tin

Phân tích và tối -u
hóa

Đánh giá

Thể hiện cụ thể

Tổng hợp

Mô hình hóa hình
học

Phân tích và tối -u
hóa

Phân tích kỹ thuật

Đánh giá

Rà soát và đánh giá

Thể hiện

Vẽ tự động

Hỡnh 1.1 S quỏ trỡnh thit k truyn thng v cú s tr giỳp ca CAD/CAM
b/ Xõy dng mụ hỡnh.
Thit k mụ hỡnh hỡnh hc :
Mụ hỡnh hỡnh hc l dựng CAD xõy dng biu din toỏn hc dng hỡnh hc ca
i tng. Mụ hỡnh ny cho phộp ngi dựng CAD biu din hỡnh nh i tng lờn
mn hỡnh v thc hin mt s thao tỏc lờn mụ hỡnh nh lm bin dng hỡnh nh, phúng
to thu nh, lp mt mụ hỡnh mi trờn c s mụ hỡnh c. Cú mụ hỡnh 2D v mụ hỡnh 3D
Thit k mụ hỡnh li :
S dng cỏc ng thng minh ho vt th.
Thit k mụ hỡnh b mt :
15

Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012

Đƣợc định nghĩa theo các điểm, các đƣờng thẳng và các bề mặt. Mô hình này có
khả năng nhận biết và hiển thị các dạng đƣờng cong phức tạp.
c/ Phân tích kỹ thuật.
Khi triển khai một đồ án thiết kế kỹ thuật thƣờng cần đến một sự phân tích
nào đó tuỳ theo loại công trình nhƣ về ứng suất, biến dạng, truyền nhiệt hoặc mô tả
sự ứng xử động học của hệ thống. Máy tính chó thể giúp thực hiện các nhiệm vụ này
một cách nhanh chóng và có hiệu quả.
Đối với những bài toán thiết kế cụ thể, nhóm phân tích kỹ thuật có thể tự
viết lấy phần mềm chuyên biệt để sử dụng trong nội bộ, còn đối với những bài toán
có tính chất phổ thông thì thƣờng đƣợc giải quyết bởi các gói phần mềm mua ở thị
trƣờng.
Các hệ CAD/CAM phổ biến thƣờng bao gồm các phần mềm phân tích kỹ thuật
hoặc có thể giao diện với các phần mềm này.
Phân tích thuộc tính khối lƣợng : diện tích bề mặt, trọng lƣợng, thể tích,
trọng tâm, mô men quán tính…
Phân tích phần tử hữu hạn: là một trong những khả năng mạnh nhất của một
hệ CAD. Với kỹ thuật này vật thể đƣợc chia thành nhiều phần tử với số lƣợng hữu
hạn tuỳ ý.
d/ Đánh giá thiết kế.
Đánh giá thiết kế có thể bao gồm : Tự động xác định chính xác các kích thƣớc,
xác định khả năng tƣơng tác giữa các bộ phận. Nó có ý nghĩa quan trọng trong các thiết
kế lắp ráp nhằm tránh hai chi tiết cùng chiếm một khoảng không gian. Kiểm tra động
học, điều này cần đến khả năng mô phỏng các chuyển động của CAD.
e/ Kết hợp với CAM/ CNC tạo thành hệ thống hoàn thiện.
CAD dùng quá trình thiết kế.

16


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012

CAM ( Computer Aided Manufacturing ) Quá trình gia công có sự trợ giúp của
máy tính. CAM là công nghệ liên quan với việc sử dụng hệ thống máy tính để lập kế
hoạch, quản lý và điều khiển các quá trình chế tạo.
CNC : ( Computer Numerical – Control ) Hệ thống điều khiển số có tích hợp
máy tính.
Các khái niệm trên đƣợc nối kết với nhau để tạo ra khái niệm thống nhất
CAD/CAM/CNC, biểu diễn một phƣơng pháp tích hợp máy tính trong toàn bộ quá
trình sản xuất bao trùm cả hai khâu thiết kế và sản xuất.
3. Ƣu, nhƣợc điểm của CAD
Ưu điểm
- Nâng cao năng suất kỹ thuật, nâng cao hiệu quả quản lý trong thiết kế.
- Giảm thời gian thiết kế, độ chính xác thiết kế cao, hạn chế lỗi sao chép đến
mức tối thiểu.
- Khi phân tích dễ nhận ra những tƣơng tác giữa các phần tử cấu thành, phân
tích chức năng vận hành tốt hơn nên giảm khâu thử nghiệm trên mẫu.
- Thuận lợi cho việc lập hồ sơ, tƣ liệu.
- Dễ kiểm tra chất lƣợng sản phẩm phức tạp.
- …………….
Nhược điểm
- Thời gian và chi phí cho việc triển khai một hệ CAD lớn.
- Thời gian và chi phí cho việc đào tạo ngƣời dùng CAD lớn.
1.1.3 Khái niệm về CAM và ứng dụng.
CAM : ( Computer Aided Manufacturing ) Sản xuất có sự trợ giúp của máy tính.

CAM là công nghệ liên quan với việc sử dụng hệ thống máy tính để lập kế hoạch,
quản lý và điều khiển các quá trình chế tạo.
Một trong những lĩnh vực hoàn thiện nhất của CAM là điều khiển chƣơng trình số
(Numerical Control – NC). Đây là kỹ thuật sử dụng các chỉ dẫn đã đƣợc lập trình để
17


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012

điều khiển các máy công cụ nhƣ máy mài, máy tiện, máy phay, máy dập… Máy tính có
thể sản sinh ra một lƣợng đáng kể các chỉ dẫn NC dựa trên các dữ liệu hình học từ cơ
sở dữ liệu CAD cộng với những thông tin bổ sung đƣợc cung cấp bởi ngƣời vận hành.
Mặc dù việc lập quy trình chế tạo hoàn toàn tự động là điều gần nhƣ không thể
nhƣng quy trình công nghệ chế tạo cho một chi tiết có thể đƣợc tạo ra nếu tồn tại một
quy trình chế tạo của một chi tiết tƣơng tự. Cho mục đích này, công nghệ nhóm đã
đƣợc phát triển để tổ chức các chi tiết tƣơng tự nhau thành một họ. Các chi tiết đƣợc
phân thành cùng một họ nếu chúng có những đối tƣợng gia công giống nhau nhƣ các
rãnh, các túi rỗng, các mép vát, các lỗ,… Vì thế để dò tự động sự giống nhau giữa các
chi tiết, cơ sở dữ liệu CAD phải chứa các thông tin về những đối tƣợng nhƣ thế. Nhiệm
vụ này đƣợc thực hiện nhờ công nghệ nhận dạng đối tƣợng.
Trên thế giới hiện có rất nhiều phần mềm CAM đơn lẻ hoặc dạng tích hợp
CAD/CAM. Giá thành của các gói phần mềm này cũng khác biệt nhiều tùy thuộc tính
năng của chúng.
1.2 Ứng dụng của CAD/CAM trong sản xuất cơ khí.
1.2.1 Đối tƣợng của CAD/CAM.
Xu thế phát triển chung của các ngành công nghiệp chế tạo theo công nghệ
tiên tiến là liên kết các thành phần của quy trình sản xuất trong một hệ thống
tích hợp điều khiển bởi máy tính điện tử.

Các thành phần của hệ thống CAM đƣợc quản lý và điều hành dựa trên cơ sở
dữ liệu trung tâm với thành phần quan trọng là các dữ liệu từ quá trình CAD.
Kết quả của quá trình CAD không chỉ là cơ sở dữ liệu để thực hiện phân tích
kỹ thuật, lập quy trình chế tạo, gia công điều khiển số mà chính là dữ liệu điều
khiển thiết bị sản xuất điều khiển số nhƣ các loại máy công cụ, ngƣời máy, tay máy
công nghiệp và các thiết bị phụ trợ khác.
Công việc chuẩn bị sản xuất có vai trò quan trọng trong việc hình thành bất kỳ
một sản phẩm cơ khí nào.
18


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012

Công việc này bao gồm:
- Chuẩn bị thiết kế (thiết kế kết cấu sản phẩm, các bản vẽ lắp chung của sản
phẩm, các cụm máy.v.v...)
- Chuẩn bị công nghệ (đảm bảo tính năng công nghệ của kết cấu, thiết lập
quy trình công nghệ)
- Thiết kế và chế tạo các trang bị công nghệ và dụng cụ phụ v.v...
- Kế hoạch hoá quá trình sản xuất và chế tạo sản phẩm trong thời gian yêu
cầu.
Hiện nay, qua phân tích tình hình thiết kế ta thấy rằng 80% thời lƣợng thiết
kế là để tra cứu số liệu cần thiết mà chỉ có 20% thời gian dành cho lao động sáng tạo
và quyết định phƣơng án. Do vậy các công việc trên có thể thực hiện bằng máy
tính điện tử để vừa tiết kiệm thời gian vừa đảm bảo độ chính xác và chất lƣợng.
CAD/CAM là lĩnh vực nghiên cứu nhằm tạo ra các hệ thống tự động thiết kế và
chế tạo trong đó máy tính điện tử đƣợc sử dụng để thực hiện một số chức năng nhất
định. CAD/CAM tạo ra mối quan hệ mật thiết giữa hai dạng hoạt động : thiết kế và

chế tạo.
1.2.2 Ứng dụng của CAD/CAM trong sản xuất cơ khí.
1. Trong chu kỳ sản xuất.

Hình 1.2 Sơ đồ chu kỳ sản xuất truyền thống
19


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012

Hình 1.3 Sơ đồ chu kỳ sản xuất có sự trợ giúp của CAD/CAM
Theo sơ đồ trên ta thấy CAD/CAM chi phối hầu hết các dạng hoạt động và
chức năng của chu kỳ sản xuất. Ở các nhà máy hiện đại, trong công đoạn thiết kế và
chế tạo, kỹ thuật tính toán ngày càng phát huy tác dụng và là nhu cầu không thể thiếu
đƣợc.
2. Trong thiết và gia công chi tiết.
a. Theo công nghệ truyền thống.
Theo công nghệ truyền thống thì tất cả các quá trình từ ý tƣởng ban đầu đến
việc thiết kế nguyên lý, thiết kế bản vẽ, quá trình chế tạo,….đều thực hiện chủ yếu thủ
công, tuần tự và đƣợc lập đi lập lại nhiều lần.
Qui trình thiết kế và gia công bao gồm có 4 giai đoạn :
- Ý tƣởng
- Tạo mẫu sản phẩm.
- Lập bản vẽ kỹ thuật.
- Tạo mẫu chép hình.
- Gia công chép hình.

20

Lun vn thc s khoa hc

Nm 2012

ý t-ởng
Hiệu chỉnh

Mẫu sản phẩm

Thiết kế

Lấy mẫu
Bản vẽ kỹ thuật
Tạo mẫu chép hình

Mẫu chép hình

Gia công
Hỡnh 1.4 Quy trỡnh thit v gia cụng truyn thng .
Qui trỡnh ny cú nhng hn ch:
- Khú t c chớnh xỏc gia cụng, ch yu do quỏ trỡnh chộp hỡnh.
- D dng lm sai do nhm ln hay hiu sai vỡ phi x lý mt s ln d liu.
- Nng sut thp do mu c thit k theo phng phỏp th cụng v qui
trỡnh c thc hin tun t : To mu sn phm - Lp bn v chi tit - To mu chộp
hỡnh - Phay chộp hỡnh.
b. Thit k v gia cụng theo cụng ngh CAD/CAM.
S phỏt trin ca phng phỏp mụ hỡnh hoỏ hỡnh hc cựng vi thnh tu ca
cụng ngh thụng tin, cụng ngh in t, k thut iu khin s ó cú nhng nh

hng trc tip n cụng ngh thit k v gia cụng to hỡnh. Quỏ trỡnh thit v gia
cụng theo cụng ngh CAD/CAM cú nhng c im nh :
- Bn v k thut c to t h thng v v to bn v vi s tr giỳp ca
mỏy tớnh.
- To mu th cụng c thay th bng mụ hỡnh hoỏ hỡnh hc trc tip t giỏ
tr ly mu 3D.
21


Lun vn thc s khoa hc

ý t-ởng

Nm 2012

Hiệu chỉnh

Thiết kế ( CAD)

Bản vẽ kỹ thuật

Mẫu sản phẩm

Lấy mẫu, Số hóa

Mô hình hình học
số ( CGM)

Mô hình hóa hình
học

Gia công điều
khiển số ( CAM)

Hỡnh 1.5 Quy trỡnh thit v gia cụng theo cụng ngh CAD/CAM.
- Mu chộp hỡnh c thay th bng mụ hỡnh toỏn hc - mụ hỡnh hỡnh hc lu
tr trong b nh mỏy vi tớnh v ỏnh x trờn mn hỡnh di dng mụ hỡnh khung
li.
- Gia cụng chộp hỡnh c thay th bng gia cụng iu khin s (CAM).
V cụng ngh, khỏc bit c bn gia gia cụng to hỡnh theo cụng ngh
truyn thng v cụng ngh CAD/CAM l thay th to hỡnh theo mu bng mụ hỡnh
hoỏ hỡnh hc.
Kt qu l mu chộp hỡnh v cụng ngh gia cụng chộp hỡnh c thay th bng
mụ hỡnh hỡnh hc s (Computational Geometric Model - CGM) v gia cụng iu
khin s. Mt khỏc kh nng kim tra kớch thc trc tip v kh nng la chn
ch gia cụng thớch hp (gia cụng thụ, bỏn tinh v tinh) c thc hin d dng.
Theo cụng ngh CAD/CAM phn ln cỏc khú khn ca quỏ trỡnh thit k v gia
cụng to hỡnh theo cụng ngh truyn thng c khc phc vỡ rng:
- B mt gia cụng t c chớnh xỏc v tinh xo hn.
- Kh nng nhm ln do ch quan b hn ch ỏng k.
- Gim c tng thi gian thc hin quy trỡnh thit k v gia cụng to hỡnh.

22


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012

1.3 Kết luận chƣơng I.
Chƣơng I đã giới thiệu một cách tổng quát về công nghệ CAD/CAM. Những

khái niệm cơ bản và ứng dụng cơ bản của nó trong sản xuất công nghiệp nói chung và
trong sản xuất cơ khí nói riêng. Từ những ƣu điểm và ứng dụng rộng rãi của nó hiện
nay trên thế giới, và sự đòi hỏi của khoa học công nghệ ngày càng cao, chúng ta cần
phải nghiên cứu tìm hiểu công nghệ CAD/CAM một cách bài bản, sâu rộng để có thể
ứng dụng nó trong sản xuất cơ khí hiện nay. Đồng thời qua chƣơng I đã giúp Tác giả
định hƣớng đƣợc hƣớng nghiên cứu, ứng dụng công nghệ CAD/CAM cho lĩnh vực
nghiên cứu của mình.

23


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012
CHƢƠNG II

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ BÁNH RĂNG VÀ BÁNH RĂNG CÔN
RĂNG THẲNG
2.1. Khái niệm chung về bánh răng.
2.1.1 Khái niệm bánh răng.
Bánh răng dùng để truyền chuyển động và tải trọng nhờ sự ăn khớp trực tiếp
giữa các cặp răng với nhau.

Hình 2.1 Các loại bánh răng.
Ƣu điểm :
-

Kích thƣớc nhỏ, khả năng tải lớn.

-

Tuổi thọ làm việc cao, làm việc tin cậy.

-

Hiệu suất cao, có thể đạt 0,97 ÷ 0,99.

-

Tỷ số truyền không đổi.

Nhƣợc điểm :
-

Chế tạo phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao.

-

Gây ồn khi làm việc với vận tốc lớn.

24


Luận văn thạc sĩ khoa học

Năm 2012

Ứng dụng :
Bộ truyền bánh răng đƣợc sử dụng rộng rãi trong các máy, và thiết bị. Từ những
thiết bị nhỏ nhƣ đồng hồ đến thiết bị cỡ lớn nhƣ các máy hạng nặng, tàu thủy…

Công suất truyền động có thể đến 300MW, Vận tốc có thể đến 200 m/s.
2.1.2 Phân loại bánh răng.
Theo vị trí tƣơng đối giữa các trục phân ra :
-

Truyền động giữa các trục song song : Truyền động bánh răng trụ
răng thẳng, răng nghiêng, răng chữ V.

-

Truyền động giữa các trục cắt nhau: Truyền động bánh răng côn răng
thẳng, răng nghiêng và răng cung tròn.

-

Truyền động giữa các trục chéo nhau : Truyền động bánh răng trục
chéo, truyền động bánh răng công chéo.

Theo tính chất di động của tâm bánh răng :
-

Truyền động bánh răng thƣờng : Đƣờng tâm các bánh răng cố định.

-

Truyền động bánh răng hành tinh : Có ít nhất một đƣờng tâm của
bánh răng di động.

Theo phƣơng của răng so với đƣờng sinh phân ra :
-

Truyền động bánh răng thẳng.

-

Truyền động bánh răng nghiêng, răng cong.

Theo vị trí tâm so với tâm ăn khớp phân ra.
-

Truyền động bánh răng ăn khớp ngoài : Tâm bánh răng ở hai phía so
với tâm ăn khớp.

-

Truyền động ăn khớp trong : Tâm các bánh răng cùng phía so với
tâm ăn khớp.

Theo dạng profin răng phân ra :
-

Truyền động bánh răng thân khai.

-

Truyền động bánh răng xycloit.
25