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

Tạp chí Đại học Công nghiệp<br /> <br /> <br /> <br /> NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN<br /> TRỤC VÍT – BÁNH VÍT TRÊN MÁY CNC<br /> Trần Xuân Tùy*<br /> Hồ Thanh Hoàng**<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Bài báo này trình bày phương pháp tính toán, thiết kế và gia công bộ truyền trục vít-bánh vít<br /> trên máy CNC. Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor 2010 để thiết kế bộ truyền trục vít - bánh vít.<br /> Từ dữ liệu thiết kế thực hiện việc lập trình và mô phỏng gia công bộ truyền bằng phần mềm<br /> Mastercam X5. Sau đó xuất chương trình gia công dưới dạng mã M, G Code sang máy CNC để<br /> thực hiện gia công bộ truyền trục vít - bánh vít trên máy CNC.<br /> <br /> RESEARCH DESIGN AND MACHINING THE WORM WHEEL<br /> ON THE CNC MACHINE<br /> <br /> SUMMARY<br /> The article present the calculation, design and machined technique the worm wheel on the<br /> CNC machine. Using the Autodesk Inventor 2010 software to design the worm wheel. From the<br /> above design data, programming and illustrating by the Mastercam X5 software. Finally, export the<br /> machined program under the M, G code to CNC machine to machined the worm wheel.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU<br /> Bộ truyền trục vít - bánh vít là một trong 2.1. Giới thiệu bộ truyền trục vít -<br /> các loại truyền động được sử dụng rộng rãi bánh vít<br /> trong các máy móc thiết bị nói chung. Loại bộ Bộ truyền trục vít - bánh vít, gọi tắt là bộ<br /> truyền này thường được chế tạo trên các máy truyền trục vít, được xếp vào loại truyền động<br /> chuyên dùng. răng - vít, kết hợp giữa bộ truyền bánh răng và<br /> Ở Việt Nam hiện chưa có nhà máy vít. Bộ truyền trục vít thường dùng để truyền<br /> chuyên sản xuất các hộp giảm tốc mà các hộp chuyển động và công suất giữa hai trục vuông<br /> giảm tốc chủ yếu là nhập từ nước ngoài. Tuy góc với nhau trong không gian, hoặc chéo nhau<br /> nhiên, khi hư hỏng thì phải thay thế hộp giảm và góc giữa hai trục thường là 90o, hình 1.<br /> tốc, như vậy sẽ rất tốn kém (đặc biệt đối với Bộ truyền trục vít - bánh vít có 2 bộ phận<br /> những hộp giảm tốc có kích thước lớn). Để đáp chính: Trục vít dẫn 1, có đường kính d1, trục vít<br /> ứng nhu cầu phụ tùng thay thế bộ truyền của thường làm liền trục với trục dẫn I, quay với số<br /> hộp giảm tốc nói chung và bộ truyền trục vít - vòng quay n1, công suất truyền động P1, mô men<br /> bánh vít nói riêng thì việc nghiên cứu chế tạo xoắn trên trục T1. Bánh vít bị dẫn 2, có đường<br /> đơn chiếc trên máy CNC là hết sức cần thiết.<br /> kính d2, được lắp trên trục bị dẫn II, quay với số<br /> vòng quay n2, công suất truyền động P2, mô men<br /> xoắn trên trục T2.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> *<br /> PGS.TS. Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng<br /> **<br /> GV. Trường Đại học Công nghiệp Tp. Hồ Chí Minh. Cơ sở Quảng Ngãi<br /> <br /> <br /> <br /> 11<br /> Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ truyền…<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Bộ truyền trục vít-bánh vít<br /> a- Bộ truyền trục vít; b- Hộp giảm tốc trục vít - bánh vít.<br /> <br /> 2.2. Tính toán các thông số cơ bản của số vòng quay bánh vít n2 = 33,7 vòng/phút, số<br /> bộ truyền trục vít vòng quay trục vít n1 = 915 vòng/phút. Bộ<br /> Hộp giảm tốc trục vít - bánh vít với các số truyền quay 1 chiều, tải trọng thay đổi không<br /> liệu cần thiết kế như sau: Công suất P2 = 5kW, đáng kể.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a) b)<br /> Hình 2. Các thông số hình học của bộ truyền trục vít<br /> a- Trục vít Archimede; b- Kích thước bộ truyền trục vít<br /> <br /> Chọn số mối ren trên trục vít Z1 = 1. điều kiện: 0,22 ≤ q/Z2 ≤ 0,4 [5] thì chọn hệ số<br /> Z n 915 đường kính q =10.<br /> Tỷ số truyền: u = 2 = 1 = = 27,15<br /> Z1 n2 33,7 2.aw 2.63<br /> Mô đun: m = = = 3,32 , theo<br /> Ta tính số răng trên bánh vít Z2 = u.Z1 = ( z2 + q ) (28 + 10)<br /> 27,15.1 = 27,15. Để không xảy ra hiện tượng cắt tiêu chuẩn [4] chọn m = 3,15 mm.<br /> chân răng [3] thì Z2 > Zmin = 26 (răng) nên chọn Tính các kích thước chính của bộ truyền theo<br /> Z2 = 28 (răng). bảng 1.<br /> Khoảng cách trục chọn theo tiêu chuẩn<br /> [4],[5]: aw = 63. Theo tiêu chuẩn để thỏa mãn<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 12<br />  Tạp chí Đại học Công nghiệp<br /> <br /> <br /> Bảng 1<br /> Thông số hình học Công thức tính toán<br /> TRỤC VÍT<br /> Đường kính vòng tròn chia d1= q.m = 10.3,15 = 31,5 mm.<br /> Đường kính vòng tròn đỉnh da1 = dc1 + 2f0.m = 37,8 mm.<br /> Đường kính vòng tròn chân ren df1 = dc1 – 2f0.m – 2c0.m = 23,94 mm.<br /> Góc nâng ren vít tgλ = Z1/q = 1/10 = 0,1 ⇒ λ = 5071’<br /> Bước ren trục vít t = π.m = 3,14.3,15 = 9,89 mm<br /> Chiều dài phần cắt ren B1 ≥ (11+0,06.Z2).m =(11+ 0,06.28).3,15 = 39,942 mm.<br /> BÁNH VÍT<br /> Đường kính vòng tròn chia d2 = Z2.m = 28.3,15 = 88,2 mm.<br /> Đường kính vòng tròn đỉnh da2 = (Z2+2f0+2ξ).m = (28+2.1 +2.0).3,15=94,5 mm.<br /> Đường kính vòng tròn chân răng df2 = m(Z2 – 2,4) = 3,15(28-2,4) = 80,64 mm.<br /> Đường kính vòng tròn lớn nhất da2max ≤ de2 + 2.m = 94,5 + 2.3,15 = 100,8 mm.<br /> Chiều rộng bánh vít B2 ≤ 0,75.de1 = 0,75.37,8 = 28,35 mm.<br /> <br /> 2.3. Thiết kế bộ truyền trục vít bằng - Sau khi vẽ xong biên dạng Sketcher, chọn<br /> phần mềm Autodesk Inventor 2010 lệnh Coil để cắt ren, nhập vào các thông số<br /> 2.3.1. Thiết kế trục vít trên phần mềm bước ren, số vòng trục vít, hướng cắt ren…,<br /> Autodesk Inventor 2010 hình 5.<br /> Theo phương pháp tính toán ở trên ta có<br /> được các kích thước chính của trục vít ta tiến<br /> hành thiết kế trục vít theo trình tự như sau:<br /> Bước 1: Tạo phôi trục vít phần cắt ren<br /> Sử dụng các lệnh Circle, Extrude, Chamfer,<br /> vẽ được khối trụ, hình 3.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Tạo phôi cho trục vít phần cắt ren<br /> <br /> Bước 2: Tạo ren trên trục vít Hình 5. Nhập thông số ren của trục vít<br /> - Vẽ phác Sketcher biên dạng dao cắt ren có<br /> kích thước, hình 4. Bước 3: Thiết kế hoàn chỉnh trục vít liền trục<br /> Vẽ các bậc trục vít bằng lệnh Circle,<br /> Extrude, bo tròn và vát góc tại bậc hạ trục và<br /> đầu góc hình trụ của trục vít bằng các lệnh<br /> Fillet, Chamfer ta được kết quả, hình 6.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Biên dạng dao cắt ren trục vít<br /> <br /> 13<br /> Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ truyền…<br /> <br /> <br /> Bước 1: Dựng hình phôi cho bánh vít<br /> Sử dụng lệnh Line, Circle, Revolve…, dựng<br /> hình phôi cho bánh vít như hình 7.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Trục vít liền trục hoàn chỉnh<br /> Hình 7. Tạo phôi cho bánh vít<br /> 2.3.2. Thiết kế bánh vít trên phần mềm<br /> Bước 2: Vẽ biên dạng thân khai<br /> Autodesk Inventor 2010<br /> - Sử dụng lệnh Manage / Parameters để<br /> Theo phương pháp tính toán ở trên ta có<br /> khai báo và thiết lập biến kích thước, hình 8.<br /> được các kích thước chính của bánh vít ta tiến<br /> hành thiết kế bánh vít theo trình tự như sau:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 8. Khai báo và thiết lập biến kích thước<br /> - Sử dụng các lệnh Circle, Spline, Copy ta dựng được biên dạng đường thân khai, hình 9.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 9. Dựng hình biên dạng thân khai của bánh vít<br /> <br /> <br /> <br /> 14<br />  Tạp chí Đại học Công nghiệp<br /> <br /> <br /> - Sử dụng lệnh Line, dựng đường thẳng<br /> trùng với đường lấy đối xứng của đường thân<br /> khai và gán kích thước bằng khoảng cách trục<br /> giữa trục bánh vít và trục vít. Sau đó, dựng<br /> đường thẳng vuông góc với đường thẳng vừa<br /> tạo ta sẽ tạo được đường center line làm trục<br /> quay để cắt biên dạng răng thân khai bằng lệnh<br /> Revolve - Cut ta được kết quả như hình 10.<br /> <br /> <br /> HHình 12. Bánh vít biên dạng thân khai<br /> hoàn chỉnh<br /> <br /> 2.3. Lập trình gia công bộ truyền trục<br /> vít bằng phần mềm Mastercam X5<br /> 2.3.1. Mô phỏng gia công bánh vít<br /> * Lập trình gia công bánh vít sử dụng chu<br /> Hình 10. Biên dạng thân khai 1 răng của trình Surface Rough\Flowline… kết quả mô<br /> bánh vít phỏng gia công bánh vít, hình 13.<br /> Bước 3: Tạo 28 răng cho bánh vít<br /> Chọn lệnh Circular Patten: Feature là rãnh<br /> răng vừa vẽ, trục xoay là trục z, số lượng<br /> Placement = 28 ta được kết quả, hình 11.<br /> <br /> <br /> <br /> <br />  <br /> Hình 11. Tạo 28 răng cho bánh vít<br /> <br /> Bước 4: Thiết kế hoàn thiện bánh vít<br /> Sử dụng các lệnh Circle, Rectangle,<br /> Extrude, Chamfer, Fillet… vẽ lỗ trục, rãnh then,<br /> vành biên bánh vít ta được bánh vít biên dạng<br /> thân khai hoàn chỉnh, hình 12. Hình 13. Mô phỏng gia công bánh vít<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 15<br /> Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ truyền…<br /> <br /> <br /> * Chương trình gia công bánh vít.<br /> <br /> O1111 (Chương trình chính ) N4188 T8 M6 G43 H8<br /> N100 G90 G54 (Gia công tinh)<br /> N102 G0 Q0 N4190 S3000 M3<br /> N104 M98 P281112 N4192 G0 X5.748 Y.839 Z60<br /> N106 M5 N4196 G1 Z48.274 F150.<br /> N108 G91 G28 Z0. N4198 X5.912 Y.764 F300.<br /> N110 G28 X0. Y0. N4200 Z48.269<br /> N112 M30 N4202 X5.466 Y.818 Z48.036<br /> O1112 ( Chương trình con) N4204 X4.854 Y.891 Z47.755<br /> N100 T4 M6 G43 H4 N4206 X4.22 Y.964 Z47.506<br /> (Gia công thô) N4208 X3.566 Y1.039 Z47.291<br /> N102 S2000 M3 N4210 X2.896 Y1.113 Z47.113<br /> N104 G0 X0 Y0 Z60 N4212 X2.41 Y1.166 Z47.009<br /> N106 G91 G0 Q12.857 ………………................<br /> N108 G90 G0 Z52 N1428 G1 Z48.037 F150.<br /> N110 X5.726 Y-4.74 N1430 G0 Z70<br /> …………………….. N1438 M99<br /> <br /> <br /> <br /> 2.3.2. Mô phỏng gia công trục vít<br /> * Gia công trục vít sử dụng chu trình G78<br /> lập trình trực tiếp trên máy tiện CNC. Kết quả 2.4. Gia công bộ truyền trục vít - bánh<br /> mô phỏng gia công trục vít, hình 14. vít trên máy CNC<br /> Sau khi lập trình mô phỏng gia công bộ<br /> truyền trục vít - bánh vít bằng phần mềm<br /> Mastercam X5 ta chọn vật liệu gia công, chế độ<br /> cắt, dụng cụ cắt… rồi tiến hành gia công trục vít<br /> - bánh vít trên máy tiện CNC 3 trục EMCO<br /> Concept Turn 250 và máy phay CNC 4 trục<br /> EMCO Concept Mill 155 tại Viện công nghệ<br /> Hình 14. Mô phỏng gia công trục vít Cơ khí và tự động hóa, trường Đại học Bách<br /> Khoa, Đại học Đà Nẵng, hình 15.<br /> * Chương trình gia công trục vít<br /> O1113<br /> N5 G90<br /> N10 T0909<br /> N15 G97 S1 M3<br /> N20 G0 X37.8 Z10<br /> N25G78 P201060 Q100 R1<br /> N30G78 X23.94 Z-80 R0 P6930 Q150 F9.9<br /> N30 G0 X30<br /> N35 Z20<br /> N40 M30<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 16<br />  Tạp chí Đại học Công nghiệp<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a) b)<br /> Hình 15. Gia công bộ truyền trục vít trên máy CNC<br /> a- Gia công trục vít trên máy tiện CNC 3 trục<br /> b- Gia công bánh vít trên máy phay CNC 4 trục<br /> <br /> 3. KẾT LUẬN<br /> Đã hoàn thiện phương pháp tính toán và<br /> thiết kế bộ truyền trục vít trên phần mềm<br /> Autodesk Inventor 2010 bằng phương trình tham<br /> số.<br /> Nghiên cứu xây dựng trình tự gia công,<br /> lập chương trình và mô phỏng gia công bằng<br /> phần mềm Mastercam X5. Kết quả là đã gia<br /> công được bộ truyền trục vít đạt yêu cầu kỹ<br /> thuật đưa ra, hình 16.<br /> Với kết quả này có thể áp dụng để thiết<br /> kế, chế tạo các bộ truyền trục vít phục vụ cho<br /> nhu cầu phụ tùng thay thế ở thực tế sản xuất.<br /> Hình 16. Sản phẩm hoàn thành sau khi gia<br /> công trên máy CNC<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> [1] Lê Cung (2007), Bài giảng Nguyên lý máy, Trường Đại học Bách khoa - Đà Nẵng.<br /> [2] Nguyễn Trọng Hiệp (2003), Chi tiết máy, tập 1, 2, Nhà xuất bản Giáo dục.<br /> [3] Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm (2002), Thiết kế chi tiết máy, NXB Giáo dục.<br /> [4] Nguyễn Hữu Lộc (2008), Cơ sở thiết kế máy, Trường Đại học Bách khoa – Tp.HCM.<br /> [5] Nguyễn Văn Yến, (2005), Giáo trình chi tiết máy, Nhà xuất bản Giao thông vận tải.<br /> [6] Nguyễn Văn Yến - Ngô Tấn Thống (2004), MasterCam lập trình CNC nâng cao, Nhà xuất bản<br /> Giao thông vận tải.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 17<br />