BÀI TẬP LỚN DỤNG CỤ CẮT

Trường ĐHCN Hà Nội

Bài tập lớn môn học Thiết kế Dụng cụ cắt
LỜI NÓI ĐẦU

Một quốc gia giàu mạnh, văn minh và cơng cộng ln phải là một
quốc gia có nền sản xuất công nghiệp phát triển với nhịp độ cao, trong đó
phần lớn sản phẩm cơng nghiệp được tạo ra thông qua máy công cụ và các
dụng cụ công nghiệp.
Chất lượng các máy công cụ và các dụng cụ công nghiệp cụ thể là
dụng cụ cắt kim loại ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng sản phẩm, năng
suất, tính đa dạng, tính hợp thời đại, và trình độ kĩ thuật của một quốc gia.
Một trong những biện pháp hữu hiệu nhằm tăng năng suất chính là thiết kế
ra những dụng cụ gia cơng chi tiết có tính năng phù hợp với việc sản suất
hàng loạt có độ bền bảo đảm, đồng thời với những dụng cụ như vậy khi gia
công chi tiết sẽ đạt được độ đồng đều về chất lượng giữa các chi tiết gia
cơng
Điển hình trong những dụng cụ như vậy chính là:
- Dao tiện định hình, dùng để gia cơng những chi tiết trịn xoay có
hình dạng tương đối phức tạp chỉ bằng một lần tiến dao. Như vậy, so với dao
tiện thường thì loại dao này cho năng suất cao hơn hẳn, đồng thời lại có chất
lượng ổn định và đồng nhất giữa các chi tiết gia công trong loạt sản phẩm.
- Dao phay đĩa modul, đây là loại dụng cụ cắt răng được dựa trên
nguyên lý chép hình của dụng cụ cắt.
- Dao chuốt lỗ then hoa, đây là loại dụng cụ cắt gồm nhiều lưỡi cắt,
khi gia công các lưỡi cắt đồng thời tham gia cắt do đó tăng được năng suất
cắt gọt. Mặt khác, các lưỡi cắt trên dao chuốt có vị trí xác định nên khi gia
cơng sẽ đảm bảo được độ đồng đều giữa các chi tiết gia công.
Trong quyển thuyết minh này giới thiệu những tính tốn thiết kế để có
được ba loại dao trên, với việc gia cơng ba chi tiết cụ thể như trong đề bài
cho.

Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thiết kế.

Sinh viên: TRỊNH TRUNG THÀNH

Lớp : ĐH CK6_K8


Trường ĐHCN Hà Nội

Bài tập lớn môn học Thiết kế Dụng cụ cắt

PHẦN I:THIẾT KẾ DAO TIỆN ĐỊNH HÌNH DẠNG LĂNG TRỤ
u cầu: Tính tốn và thiết kế dao tiện định hình dạng lăng trụ có điểm
cơ sở ngang tâm để gia cơng chi tiết có kích thước như hình vẽ, vật liệu
chi tiết gia công bằng thép C30, vật liệu làm dụng cụ cắt bằng thép gió
P18.
Đề
A
B
C
D
R
F
Dạng dao
85
46
18
28
14

19
54
Lăng trụ

Sinh viên: TRỊNH TRUNG THÀNH

Lớp : ĐH CK6_K8


Trường ĐHCN Hà Nội

Bài tập lớn môn học Thiết kế Dụng cụ cắt

1. Phân tích chọn dụng cụ gia cơng:
Dao tiện định hình thường có biên dạng phức tạp làm việc trong điều kiện
cắt nặng nề, lực cắt lớn, áp lực lên lưỡi cắt lớn sinh ra nhiệt cắt lớn vì vậy ta
nên chọn loại vật liệu làm dao có độ cứng lớn, độ bền nhiệt lớn, có độ bền
cơ học và khả năng chịu mài mòn tốt.
Chi tiết gia cơng là thép C30 cần gia cơng đạt cấp chính xác IT13 độ
nhám cấp 6 ta chọn vật liệu dao tiện định hình la thép gió P18 làm vật liệu
gia cơng chi tiết trên .
Chi tiết có dạng mặt ngồi trịn xoay do đó ta chọn dụng cụ gia cơng là
dao tiện định hình.
Với loại chi tiết như trên do khơng có mặt cong vì vậy khơng dùng cung
trịn thay thế.
 Chọn loại dao định hình lăng trụ gá thẳng.
-So với dao tiện thường thì dao tiện định hình có các ưu điểm và nhược
điểm sau:
* Ưu điểm :
- Năng suất cắt cao do tổng chiều dài lưỡi cắt tham gia lớn.

- Đảm bảo sự đồng nhất về hình dáng và độ chính xác kích thước
của chi tiết gia cơng vì khơng phụ thuộc vào tay nghề người
cơng nhân mà chủ yếu phụ thuộc vào kích thước biên dạng dao
- Tuổi thọ của dao tiện định hình lớn vì số lần mài lại cho phép
lớn.Việc mài sắc dao đơn giản
* Nhược điểm :
- Dao tiện định hình giá thành đắt nên không dùng sản suất ở loạt
nhỏ hoặc đơn chiếc
- Độ chênh lệch đường kính:
tmax 

d max  d min 54  16

 19
2
2

Trong đó : d max =56 mm (đường kính lớn nhất của chi tiết gia cơng)
d min =16 mm ( đường kính nhỏ nhất của chi tiết gia cơng)
2. Chọn thơng số hình học của dao tiện định hình dạng lăng trụ:
- Góc trước của dao tiện định hình phù hợp với vật liệu gia cơng. Trị số góc
trước được chọn theo bảng 2.4 sách thiết kế dụng cụ cắt trường ĐHCN Hà
Nội. Góc trước  =25 0 .
- Góc sau dao tiện định hình cắt với lớp phoi mỏng nên góc sau  được
chọn lớn hơn so với dao tiện thường .Với dao tiện lăng trụ chọn góc sau
 10 0  15 0 . Chọn góc sau  =150
Sinh viên: TRỊNH TRUNG THÀNH

Lớp : ĐH CK6_K8

Trường ĐHCN Hà Nội

Bài tập lớn môn học Thiết kế Dụng cụ cắt

3.Chọn chiều rộng của dao tiện định hình:
- Ngồi đoạn lưỡi cắt chính L 0 để tạo ra biên dạng định hình chi tiết gia
cơng, cần thiết kế thêm các đoạn lưỡi cắt phụ để vát mép, xén mặt đầu và
chuẩn bị cắt đứt chi tiết ra khỏi phơi thanh.
L p =L r +a+b+c+b 1 (…)
- Góc của lưỡi xén mặt đầu  2 =15 0
Lr =76 mm chiều dài đoạn lưỡi cắt chính lấy bằng chiều dài chi tiết
định hình khi gá thẳng)
Chiều rộng lưỡi cắt phụ a=4 mm nhằm làm tăng bền cho lưỡi cắt
Chiều dài lưỡi cắt phần cắt đứt b=3 mm
Chiều rộng phần lưỡi cắt xén mặt đầu c=1 mm chiều dài đoạn lưỡi cắt
phụ để xén mặt đầu chi tiết
b1 đoạn vượt quá, lấy bằng 0,5 mm
Góc nghiêng đoạn lưỡi cắt đứt lấy bằng 150
Góc xén mặt đầu 1  150
L p =76+3+4+1+0.5=84,5 mm
4.Tính hình dáng dao tiện định hình gá thẳng.
a. Tính chiều cao hình dáng dao tiện định hình lăng trụ có điểm cơ sở
ngang tâm:
Chọn vật liệu làm dao.
Theo đề ra vật liệu gia cơng là thép C30 có  b 750 N / m 2 .
Vì vậy chọn:Vật liệu làm dao là Thép gió P18
Chọn điểm cơ sở:
- Điểm cơ sở là điểm có chuẩn gá đặt xa tâm nhất vì vậy chọn điểm cơ sở là
điểm 1 trên hình vẽ.

Tính tốn profile dao trong tiết diện N-N.
Xét điểm i bất kỳ trên profile chi tiết ta có điểm i’ tương ứng trên profile
dao. Gọi chiều cao profile của dao tại điểm i’ là hi ,theo hình vẽ có

Sinh viên: TRỊNH TRUNG THÀNH

Lớp : ĐH CK6_K8


Trường ĐHCN Hà Nội

Bài tập lớn môn học Thiết kế Dụng cụ cắt


Trường ĐHCN Hà Nội

Bài tập lớn môn học Thiết kế Dụng cụ cắt

Hình 1.1:
Sơ đồ tính tốn profin dao lăng trụ.
Với =150; =250
hi = i.cos( + )
i = Ci- Bi = ri.cosi – r.cos
Ta có
Ai = ri.sini = r.sin
 sini = (r/ri)sin
 i = arcsin(r sin/ri.)
 i = ri.cos[arcsin(r sin/ri)] – r.cos
hi = {ri.cos[arcsin(r sin/ri)]– r.cos}.cos( + )
LẬP BẢNG TÍNH TỐN PROFIN DAO

Điểm
1-1’-4
2-5-8
3

Điểm
31
32
33
34
35
36
37
38
39
310
311
312
313
314
315
316
317
318

ri
8
23
27

Ci
Bi
i
25
7,2505 7,2505
8,4529 22,75 7,2505
7,1935 26,7874 7,2505

A
3,3809
3,3809
3,3809

i
0
15,51
19,54

Phần cung trịn ta chia thành 10 khoảng tính như sau
B (mm) A (mm)
(mm)
9,9
19,99
9,30
7,2505 3,3809
2,05
10,85
18,15
10,31
7,2505 3,3809

3,06
11,8
16,65
11,4
7,2505 3,3809
4,15
12,75
15,38
12,29
7,2505 3,3809
5,04
13,7
14,29
13,27
7,2505 3,3809
6,02
14,65
13,35
14,25
7,2505 3,3809
7,00
15,6
12,51
15,22
7,2505 3,3809
7,98
16,55
11,79
16,22
7,2505 3,3809

8,98
17,5
11,32
17,16
7,2505 3,3809
9,91
18,45
10,56
18,14
7,2505 3,3809
10,89
19,4
10,04
19,10
7,2505 3,3809
11,85
20,35
9,56
20.07
7,2505 3,3809
12,81
21,3
9,13
21,03
7,2505 3,3809
13,78
22,25
8,74
21,99
7,2505 3,3809

14,74
23,2
8,37
22,95
7,2505 3,3809
15,70
24,15
8,05
23,91
7,2505 3,3809
16,66
25,1
7,74
24,87
7,2505 3,3809
17,62
26,05
7,45
25,83
7,2505 3,3809
18,58

hi
0
11,87
14,9

1,57
2,34
3,18

3,86
4,61
5,36
6,11
6,88
7,59
8,34
9,08
9.81
10,58
11,29
12,03
12,76
13,50
14,23


Trường ĐHCN Hà Nội

Bài tập lớn môn học Thiết kế Dụng cụ cắt

Hình 1.2 Profile dao theo pháp tuyến mặt trước

Hình 1.3 Profile dao theo pháp tuyến mặt sau
Tra bảng 3.2 (sách hướng dẫn tính tốn thiết kế DCC-trường ĐHCNHN)
Chiều cao lớn
nhất hình dáng
của chi tiết tmax

Kích thước dao tiện

Kích thước M
phụ thuộc d

B

H

E

A

F

r

d

M

19

35

90

10

40

25

1

10

55,77


Trường ĐHCN Hà Nội

Bài tập lớn môn học Thiết kế Dụng cụ cắt

Hình 1.4 Kết cấu thơng số được chọn
5. Thiết kế dưỡng


Trường ĐHCN Hà Nội

Bài tập lớn môn học Thiết kế Dụng cụ cắt

Dưỡng đo dùng để kiểm tra dao sau khi chế tạo, được chế tạo theo
cấp chính xác 7 với miền dung sai H, h. Theo luật kích thước bao và
bị bao.
Dưỡng kiểm dùng để kiểm tra dưỡng đo, được chế tạo theo cấp
chính xác 6 với miền dung sai Js, js. Theo luật kích thước bao và bị
bao.
Vật liệu làm dưỡng : thép lò xo 65
Độ cứng sau nhiệt luyện đạt 62..65 HRC
Độ nhám bề mặt làm việc

“0,63 m.

Các bề mặt còn lại đạt Ra = 1.25 m Kích thước danh nghĩa của
dưỡng theo profile dao.
6. Yêu cầu kĩ thuật:
Vật liệu gia công thép C30
Vật liệu làm dao: thép gió P18
Vật liệu phần thân: thép 45
Độ cứng phần cắt sau nhiệt luyện đạt HRC: 62-65
Độ bóng: Mặt trước
Mặt sau
Mặt tựa trên than dao thấp hơn 0,63
Sai lệch góc :
Sai lệch góc trước γ=

Phần 2

Thiết kế dao phay đĩa Mơđun
Câu 2: Tính tốn và thiết kế dao phay đĩa modul để gia cơng bánh răng
có thơng số cho trong bảng 2.Vật liệu dụng cụ cắt làm bằng thép gió
P18,vật liệu chi tiết gia công bằng thép C30.
1, Xác định các thơng số hình học của bánh răng
Theo bài ra, ta cần thiết kế dao phay đĩa module để gia công bánh răng
với các thông số như sau:


Trường ĐHCN Hà Nội

Bài tập lớn môn học Thiết kế Dụng cụ cắt

Trước hết ta cần chọn một con dao trong bộ thiết kế, dao số 4 1/2 trong bộ
15 dao và số răng là 19.
Module:
m = 4,5 mm
Số răng:
Z = 19
Góc ăn khớp:
 = 200
Bước răng:
tp = .m = 3,14.4,5 = 14,13 mm (1.1)
Chiều dày răng:
S = m./2 = 3,14.4,5/2 = 7,065 mm (1.2)
m.Z 4,5.19
Bán kính vịng trịn chia: Rc = rl =
=
= 42,75mm (1.3)
2
2
Bán kính đỉnh răng:
Bán kính chân răng:

m(Z  2)
4,5.(19  2)
=
= 47,25 mm (1.4)
2
2
m(Z - 2,5) 4,5.(19-2,5)
Rf =

=
= 37,125 mm (1.5)
2
2

Ra =

Bán kính vịng trịn cơ sở: R0 =

m.Z
4,5.19
cos =
cos200 = 40,17 (1.6)
2
2

2, Tính tốn profile thân khai của lưỡi cắt
Sơ đồ tính tốn:
y

xmax
x



C

c



M (x,y)

Mc


in

v

y

y max

B
r

c =

M

inv


c

o1

c

o
Trong đó:
Ra: Bán kính đỉnh răng,
RM: Bán kính tại điểm M(x,y),
Rc: Bán kính vịng trịn chia,
R0: Bán kính vịng trịn cơ sở,
Rf: Bán kính chân răng,

Ra
RM
Rc
Ro
Rf

x


Trường ĐHCN Hà Nội

Bài tập lớn môn học Thiết kế Dụng cụ cắt

Profile bao gồm hai đoạn:
Đoạn làm việc: Là đoạn thân khai
Đoạn không làm việc: Là đoạn cong chuyển tiếp thuộc khe hở chân
răng BO1,
a, Tính tốn profile đoạn làm việc:
Nguyên lý tạo hình đường thân khai
Nguyên lý: Cho một đường thẳng lăn khơng trượt trên một đường trịn, thì
quỹ đạo của điểm M thuộc đường thẳng đó sẽ vẽ ra đường cong thân khai,
Vậy để tạo hình lưỡi cắt thân khai ta cho điểm M chuyển động theo phương

trình đường thân khai trong khoảng bán kính Rf  RM Ra, Việc xác định
profile lưỡi cắt chính là việc xác định toạ độ của tập hợp tất cả các điểm M
trong hệ toạ độ đề các Oxy,
r0: Bán kính vịng cơ sở,
rM: Bán kính véc tơ ứng với điểm M,
M: Góc thân khai,
M: Góc áp lực của đường thân khai,
Xác định toạ độ của điểm M
M

A

0



B

Theo sơ đồ tính tốn trên ta có:
xM = rM.sinM = rMsin(0 + M)
yM = rM.cosM = rMcos(0 + M)
Ta có

(2.1)
(2.2)


Trường ĐHCN Hà Nội

Bài tập lớn môn học Thiết kế Dụng cụ cắt

M = tgM - M = invM
(2.3)
0 = c - inv0 = /2z - inv0 = /2z - tg0.180/ + 0 (2.4)
= 180/(2.21) – ( tg200. 180/ -20) = 3,421
Tacó: CosM = r0/rM:   M arcsin( 1 

r02
)
rM2




r2 
r2 
  M Tg  arcsin 1  02    arcsin 1  02 



rM  
rM 







r02  

r02 




 y M rM cos(  tg 0   0  Tg arcsin 1  2
 arcsin 1  2 )




2z
r
rM 
M







r2 
r2 

 x M rM sin(  tg 0   0  Tg  arcsin 1  02    arcsin 1  02 )



2z

rM  
rM 





Vậy ta cho RM biến thiên từ Ro đến Re thì sẽ vẽ được profin của răng,

Điểm
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

(mm)
40,172

40,614
41,057
41,499
41,941
42,384
42,826
43,269
43,711
44,153
44,596
45,038
45,480
45,923
46,365
46,808
47,250

Lập bảng tính tốn
(mm)
3,317
40,035
3,398
40,472
3,515
40,906
3,658
41,338
3,821
41,767
4,002

42,194
4,200
42,620
4,414
43,043
4,642
43,464
4,885
43,882
5,141
44,298
5,410
44,712
5,692
45,123
5,987
45,531
6,294
45,936
6,612
46,338
6,942
46,737

3, Chọn các kích thước kết cấu dao

t=

(mm)
2,910

3,347
3,781
4,213
4,642
5,069
5,495
5,918
6,339
6,757
7,173
7,587
7,998
8,406
8,811
9,213
9,612


Trường ĐHCN Hà Nội

Bài tập lớn môn học Thiết kế Dụng cụ cắt

Kích thước kết cấu dao chọn theo 4-8:121[2], được thể hiện cụ thể trên
bản vẽ chi tiết,
được thể hiện cụ thể trên bản vẽ chi tiết,
Đường kính ngồi D= 85 mm
Đường kính lỗ gá d= 27 mm
Chiều rộng dao B = 12 mm
Số răng của dao Z = 11 mm
Lượng hớt lưng K = 6,5 mm

Các thành phần khác t1 = 17,5 mm,t2 =9, 5mm ,r1 =0,8 mm, =250 mm, r
=1,75 mm, b= 8,1+0,2mm, c=0,8mm.
4. Điều kiện kỹ thuật của dao
Vật liệu dao: P18
Độ cứng sau khi nhiệt luyện: 62..65HRC
Độ đảo hướng kính ngồi ≥ 0,03
Độ đảo mặt đầu ≥ 0,03
Sai lệch chiều dầy răng: ±0.025mm
Độ bóng :mặt trước lỗ gá dao và các mặt tựa
không thấp hơn 0,32m
Độ bóng mặt hớt lưng của hình dáng răng
khơng thấp hơn 0,64m
Kí hiệu dao: P18 HAUI; N°31/2 ; m=4,5; α=20.

5, Thiết kế dưỡng
Dưỡng đo dùng để kiểm tra dao sau khi chế tạo ,được chế tạo theo cấp
chính xác7 với miền dung sai H, h, Theo luật kích thước bao và bị bao,
Dưỡng kiểm dùng để kiểm tra dưỡng đo, được chế tạo theo cấp chính
xác 6 với miền dung sai Js, js, Theo luật kích thước bao và bị bao,
Vật liệu làm dưỡng: Thép lò xo 65,
Độ cứng sau nhiệt luyện đạt 62...65 HRC,
Độ nhám bề mặt làm việc Ra 0,63m , Các bề mặt cịn lại đạt Ra
1,25m,
Kích thước danh nghĩa của dưỡng theo profile dao trong tiết diện chiều
trục


Trường ĐHCN Hà Nội

Bài tập lớn môn học Thiết kế Dụng cụ cắt