Luận văn: Ứng dụng CAD/CAM chế tạo và kiểm tra bánh răng côn răng thẳng

Luận văn ứng dụng CAD/CAM trong thiết kế, chế tạo và kiểm tra bánh răng côn thẳng. Gồm quy trình gia công NC và phương pháp kiểm tra bằng máy CMM.

• Tác giả: Nguyễn Thanh Tùng
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Ngọc Tuyên
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
• Đề tài: CAD/CAM: Thiết kế, chế tạo và kiểm tra bánh răng côn thẳng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Công Nghệ CAD CAM Trong Thiết Kế Bánh Răng Côn Thẳng

CAD/CAM là công nghệ tiên tiến kết hợp thiết kế và chế tạo tự động, đóng vai trò quan trọng trong sản xuất cơ khí hiện đại. Công nghệ này cho phép các kỹ sư thiết kế bánh răng côn thẳng với độ chính xác cao, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất. Lịch sử phát triển của CAD/CAM bắt đầu từ những năm 1960, và đến nay đã trở thành công cụ không thể thiếu trong các ngành công nghiệp. Ứng dụng của CAD trong thiết kế bánh răng giúp các nhà thiết kế xây dựng các mô hình 3D phức tạp, mô phỏng và tối ưu hóa hiệu suất trước khi tiến hành sản xuất. Bên cạnh đó, CAM cung cấp các giải pháp tự động hóa quá trình gia công, đảm bảo độ chính xác cao và tính nhất quán trong sản xuất hàng loạt bánh răng côn thẳng.

1.1. Khái Niệm Và Ứng Dụng Của Công Nghệ CAD

CAD (Computer-Aided Design) là công cụ thiết kế hỗ trợ bởi máy tính, cho phép các kỹ sư tạo ra các bản vẽ và mô hình 3D bánh răng côn thẳng với độ chính xác cao. Ứng dụng CAD trong thiết kế bánh răng giúp giảm thời gian thiết kế, cải thiện chất lượng sản phẩm, và tạo ra các đường thân khai chính xác. Ngoài ra, CAD cũng cho phép mô phỏng các điều kiện hoạt động, từ đó tối ưu hóa hiệu suất truyền động.

1.2. Vai Trò Của Công Nghệ CAM Trong Chế Tạo

CAM (Computer-Aided Manufacturing) chuyên đổi các thiết kế CAD thành chương trình gia công tự động. Công nghệ này cho phép máy CNC tự động gia công bánh răng côn thẳng theo đúng thông số kỹ thuật. CAM giúp tối ưu hóa đường chạy dao, giảm thời gian gia công, và nâng cao độ chính xác sản phẩm. Các phần mềm CAM hiện đại như Mastercam cung cấp các công cụ mạnh mẽ để tạo ra chương trình NC chính xác.

II. Các Khái Niệm Cơ Bản Về Bánh Răng Côn Thẳng

Bánh răng côn thẳng là loại bánh răng có các răng hướng về phía đỉnh của hình nón, được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền động góc. Đặc điểm nổi bật của bánh răng côn thẳng là các răng được bố trí trên bề mặt hình nón, cho phép truyền động giữa hai trục không song song. Các thông số hình học chủ yếu bao gồm số răng, góc pressure, đường kính phân chia, và độ rộng ngoài. Biên dạng thân khai của bánh răng côn thẳng được thiết kế để đảm bảo tính liên tục của sự truyền động và giảm thiểu tiếng ồn. Qua nhiều năm phát triển, bánh răng côn thẳng đã trở thành tiêu chuẩn trong nhiều ứng dụng công nghiệp từ ô tô đến máy công cụ.

2.1. Đường Thân Khai Và Tính Chất Của Bánh Răng Côn Thẳng

Đường thân khai là đường biên dạng chính của bánh răng côn thẳng, được hình thành bởi quỹ tích của một điểm trên đường thẳng tiếp tuyến với một đường tròn. Tính chất quan trọng của đường thân khai là khả năng duy trì tỷ lệ truyền động không đổi, từ đó đảm bảo quá trình truyền động mượt mà. Biên dạng thân khai còn giúp giảm tiếng ồn, rung lắc, và tăng tuổi thọ của bánh răng.

2.2. Các Phương Pháp Gia Công Thông Dụng

Gia công bánh răng côn thẳng có nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm phay, mài, và lăn. Phương pháp phay là phổ biến nhất, sử dụng dao phay đầu cầu để tạo ra các rãnh răng chính xác. Phương pháp mài được sử dụng để hoàn thiện bề mặt và cải thiện độ chính xác sau phay. Mỗi phương pháp có những ưu điểm riêng, phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật và điều kiện sản xuất.

III. Ứng Dụng CAD Trong Thiết Kế Bánh Răng Côn Thẳng

Sử dụng CAD để thiết kế bánh răng côn thẳng là bước quan trọng trong quy trình sản xuất hiện đại. Trước tiên, cần xây dựng phương trình bề mặt của bánh răng côn thẳng dựa trên các thông số hình học cụ thể. Tiếp theo, CAD cho phép tạo ra mô hình 3D bánh răng với độ chính xác cao, bao gồm cả đường thân khai và các chi tiết hình học. Việc sử dụng CAD không chỉ giúp trực quan hóa thiết kế mà còn cho phép kiểm tra và tối ưu hóa thiết kế trước khi chế tạo. Các nhà thiết kế có thể mô phỏng hiệu suất bánh răng, kiểm tra độ chính xác của các thông số, và thực hiện các điều chỉnh cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm tối ưu.

3.1. Xây Dựng Phương Trình Bề Mặt Bánh Răng

Phương trình bề mặt của bánh răng côn thẳng được xây dựng dựa trên nguyên lý hình học của đường thân khai và hình nón. Các thông số cần xác định bao gồm bán kính đáy hình nón, góc nón, số răng, và biên dạng thân khai. Bằng cách thiết lập hệ tọa độ thích hợp và sử dụng các công thức toán học phức tạp, có thể tạo ra phương trình chính xác mô tả bề mặt bánh răng.

3.2. Mô Hình 3D Và Tối Ưu Hóa Thiết Kế

Khi phương trình bề mặt được xác định, CAD sẽ tạo ra mô hình 3D bánh răng côn thẳng đầy đủ. Mô hình này cho phép kiểm tra kích thước, độ chính xác, và các chi tiết hình học. Thông qua mô phỏng và phân tích, các nhà thiết kế có thể tối ưu hóa thiết kế để cải thiện hiệu suất, độ bền, và giảm chi phí sản xuất bánh răng.

IV. Ứng Dụng CAM Trong Chế Tạo Và Kiểm Tra Bánh Răng Côn Thẳng

CAM chuyên đổi các thiết kế CAD thành chương trình gia công tự động, từ đó tự động hóa quy trình sản xuất bánh răng côn thẳng. Bước đầu tiên là xác định đường dụng cụ và đường chạy dao tối ưu để gia công các rãnh răng chính xác. Tiếp theo, sử dụng các phần mềm CAM như Mastercam để sinh ra chương trình NC cho máy CNC. Sau khi gia công hoàn tất, cần kiểm tra độ chính xác của bánh răng côn thẳng bằng các phương pháp đo lường như CMM (Máy đo tọa độ). Quá trình kiểm tra bao gồm đo các thông số hình học, kiểm tra độ lệch bước vòng, profile rang, và các yếu tố khác. Kết quả đo được xử lý và so sánh với các tiêu chuẩn kỹ thuật để đảm bảo chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu.

4.1. Thiết Kế Quá Trình Gia Công Và Sinh Chương Trình NC

Quá trình gia công bánh răng côn thẳng được thiết kế dựa trên phương trình bề mặt từ CAD. Cần xác định đường dụng cụ phù hợp, thường là dao phay đầu cầu, và đường chạy dao tối ưu để tạo ra các rãnh răng chính xác. Mastercam giúp sinh ra chương trình NC tự động, bao gồm các lệnh điều khiển máy CNC chi tiết, tối ưu hóa thời gian gia công, và đảm bảo độ chính xác cao.

4.2. Kiểm Tra Độ Chính Xác Bằng Phương Pháp CMM

Kiểm tra bánh răng côn thẳng trên máy CMM cho phép đo các thông số hình học chính xác với độ phân giải cao. Các thông số cần kiểm tra bao gồm kích thước ngoài, độ lệch bước vòng, profile rang, và vị trí các rãnh răng. Dữ liệu đo được xử lý, phân tích, và so sánh với tiêu chuẩn kỹ thuật để đánh giá chất lượng sản phẩm và xác định các sai lệch cần khắc phục.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài. Banh răng noi chung vả bảnh răng thân khai nói riêng là chỉ tiết phỏ biển dùng. trong chuyên động cơ khí, chúng cỏ bẻ mặt phức tạp, việc chế tạo nó không đơn giản vả mất nhiều công sức, nỏ đỏi hỏi phải có các may gia công vả dụng cụ chuyên dùng.

Công nghệ CAD/CAM đã được thế giới nghiên cửu 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 vảo 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 thường đề gia công bánh răng chúng ta phải dau tư máy móc và thiết bi chuyên dùng nên nêu chúng không được sử dụng hết công suất sẽ gây ra lãng phi, dan tới giá thành sản phẩm cao. Do đỏ người ta chỉ đầu tư chủng đề gia công các bảnh răng.

phô biên, bánh răng tiêu chuẩn. Một số vấn đề đặt ra là : Thứ nhất : đối với các bánh rằng phí tiêu chuẩn, bảnh răng lớn, hoặc bánh răng dùng trong các thiết bị đặc biệt thì việc thiết kế, chế tạo nó thể nảo ?. Khi do dé lam được việc đó chúng ta lại phải đầu tư máy móc và các thiết bị chuyên dùng, trong khi sản lượng của nó không nhiều, điều đó dân tới hiệu quả kinh tế không cao. Thứ hai : Đôi với các phân xưởng nhỏ vả trung bình, không có điều kiện đầu tư máy móc chuyên dùng đề gia công bảnh răng.

Khi các phân xưởng nảy có nhu câu chế tạo bánh răng đề sản xuất, thay thê và sửa chữa thi việc phải đi đặt hàng sẽ gây ra tôn kém vẻ kinh tế và thời gian, trong khi thực te la da phan các phần xưởng đều được trang bi may CNC van nang. Van de la lam thé nao dé tan dụng duoc may CNC dé có thể đáp ứng được yêu cau ché tao banh răng. Từ các yêu cầu trên Tác giả đã chọn hướng nghiên cửu là ứng dụng công nghệ CAD/CAM đề giải quyết vẫn đề trên. Luan van thac si khoa hoc Nam 2012 DANH MUC CAC BANG SO LIEU Bang 3.1 Lién két toa dé diém voi bang exel Bang 4.1 Số liệu biên dạng bảnh răng trái Bang 4.2 Số liêu biên dạng bánh răng phải Luan van thac si khoa hoc Nam 2012 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỎ THỊ Hình 1] Sơ đồ quả trình thiết kế truyền thống và cỏ sự trợ giúp của CAD/CAM Hình 1.2 Sơ đồ chu kỳ sản xuất truyền thống.3 Chu kỷ sản xuất cỏ sự trợ giúp của CAD/CAM Hình 1.4 Quy trình thiết và gia công truyền thông Hình 1.5 Quy trình thiết và gia công theo công nghệ CAD/CAM.1 Các loại bánh răng.2 Sự hình thành đường thân khai Hình 2.3 Sơ đồ tỉnh đường 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 phương 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 bảnh răng côn răng thẳng, Hinh 2.10 Gia công bánh răng côn bằng dao phay đĩa modul Hình 2.11 Bào bao hình bảnh răng côn răng thải Hình 2.12 Gia công bảnh răng côn bằng phương pháp bao hinh.13 Phay bảnh bao hình bánh răng côn Hình 2.144 Bảo bánh răng côn bằng 2 dao Hình 3.1 Sơ đồ xác định tọa độ điểm M.2 Sơ đỗ bánh răng côn Hình 3.3 Sơ đỏ tỉnh bánh răng côn Hinh 3.4 So dé tinh OO” Hình 3.5 Dựng kích thước hình học phôi Hình 3.6 Hình dạng phôi Luan van thac si khoa hoc Nam 2012 Hinh 3.7 Xay dung diém Hinh 3.8 Tọa độ điểm Hình 3.9 Tọa độ điểm liên kết Hình 3.10 Đường thân khai Hình 3.11 Rãnh bánh răng.12 Tạo rãnh răng Hình 3.13 Bánh răng côn Hinh 4.1 Đường dụng cụ Hình 4.2 Kiểu đường chạy dao Hình 4.3 Hướng cắt Hinh 4.4 Khoảng cách đường chạy dao Hình 4.5 Đường chạy dao theo bẻ mặt Hình 4.6 Mô hình bánh răng tương đương, Hình 4.7 Sơ đồ thiết lập đường chạy dao Hình 4.8 Phôi bánh răng, Hình 4.9 Dao phay đầu cầu Hinh 4.11 Nhập phôi Hình 4.12 Đường dụng cụ Hình 4.13 Chon dụng cụ và các chế độ công nghệ Hình 4.144 Chạy chương trình gia công Hinh 4.15 May phay HITACHI MCV 40 Hình 4.16 Gia công tạo phôi Hình 4.17 Quả trình gá đặt chỉ tiết Hình 4.18 Gia công mặt côn phụ nhỏ Hinh 4.19 Hình ảnh gia công bảnh răng, Hinh 4.20 Sơ đỏ đo sai lệch bước vòng, Luan van thac si khoa hoc Nam 2012 MỞ ĐẦU 1.

Lý do chọn đề tài. Banh răng noi chung vả bảnh răng thân khai nói riêng là chỉ tiết phỏ biển dùng. trong chuyên động cơ khí, chúng cỏ bẻ mặt phức tạp, việc chế tạo nó không đơn giản vả mất nhiều công sức, nỏ đỏi hỏi phải có các may gia công vả dụng cụ chuyên dùng. Công nghệ CAD/CAM đã được thế giới nghiên cửu 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 vảo 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 thường đề gia công bánh răng chúng ta phải dau tư máy móc và thiết bi chuyên dùng nên nêu chúng không được sử dụng hết công suất sẽ gây ra lãng phi, dan tới giá thành sản phẩm cao. Do đỏ người ta chỉ đầu tư chủng đề gia công các bảnh răng. phô biên, bánh răng tiêu chuẩn.

Một số vấn đề đặt ra là : Thứ nhất : đối với các bánh rằng phí tiêu chuẩn, bảnh răng lớn, hoặc bánh răng dùng trong các thiết bị đặc biệt thì việc thiết kế, chế tạo nó thể nảo ?. Khi do dé lam được việc đó chúng ta lại phải đầu tư máy móc và các thiết bị chuyên dùng, trong khi sản lượng của nó không nhiều, điều đó dân tới hiệu quả kinh tế không cao. Thứ hai : Đôi với các phân xưởng nhỏ vả trung bình, không có điều kiện đầu tư máy móc chuyên dùng đề gia công bảnh răng. Khi các phân xưởng nảy có nhu câu chế tạo bánh răng đề sản xuất, thay thê và sửa chữa thi việc phải đi đặt hàng sẽ gây ra tôn kém vẻ kinh tế và thời gian, trong khi thực te la da phan các phần xưởng đều được trang bi may CNC van nang.

Van de la lam thé nao dé tan dụng duoc may CNC dé có thể đáp ứng được yêu cau ché tao banh răng. Từ các yêu cầu trên Tác giả đã chọn hướng nghiên cửu là ứng dụng công nghệ CAD/CAM đề giải quyết vẫn đề trên. Luan van thac si khoa hoc Nam 2012 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài.

Banh răng noi chung vả bảnh răng thân khai nói riêng là chỉ tiết phỏ biển dùng. trong chuyên động cơ khí, chúng cỏ bẻ mặt phức tạp, việc chế tạo nó không đơn giản vả mất nhiều công sức, nỏ đỏi hỏi phải có các may gia công vả dụng cụ chuyên dùng. Công nghệ CAD/CAM đã được thế giới nghiên cửu 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 vảo 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 thường đề gia công bánh răng chúng ta phải dau tư máy móc và thiết bi chuyên dùng nên nêu chúng không được sử dụng hết công suất sẽ gây ra lãng phi, dan tới giá thành sản phẩm cao. Do đỏ người ta chỉ đầu tư chủng đề gia công các bảnh răng. phô biên, bánh răng tiêu chuẩn. Một số vấn đề đặt ra là : Thứ nhất : đối với các bánh rằng phí tiêu chuẩn, bảnh răng lớn, hoặc bánh răng dùng trong các thiết bị đặc biệt thì việc thiết kế, chế tạo nó thể nảo ?.

Khi do dé lam được việc đó chúng ta lại phải đầu tư máy móc và các thiết bị chuyên dùng, trong khi sản lượng của nó không nhiều, điều đó dân tới hiệu quả kinh tế không cao. Thứ hai : Đôi với các phân xưởng nhỏ vả trung bình, không có điều kiện đầu tư máy móc chuyên dùng đề gia công bảnh răng. Khi các phân xưởng nảy có nhu câu chế tạo bánh răng đề sản xuất, thay thê và sửa chữa thi việc phải đi đặt hàng sẽ gây ra tôn kém vẻ kinh tế và thời gian, trong khi thực te la da phan các phần xưởng đều được trang bi may CNC van nang. Van de la lam thé nao dé tan dụng duoc may CNC dé có thể đáp ứng được yêu cau ché tao banh răng.

Từ các yêu cầu trên Tác giả đã chọn hướng nghiên cửu là ứng dụng công nghệ CAD/CAM đề giải quyết vẫn đề trên. Luan van thac si khoa hoc Nam 2012 LOI MG DAU Tác giả luận văn xin chân thành cảm on Viên Cơ Khi - Trường Đại học Bách khoa Hà nội, Viện đảo tạo Sau Đại học - Trường Đại học Bách khoa Hà nội, Trường Đại Học Mö - Địa Chất, Bộ môn Kỹ Thuật Cơ Khi - Trường Đại Học Mö - Địa Chất, Khoa Cơ Điện - Trường Đại Học Mỏ - Địa Chat da tao điều kiên để Tác giả hoàn thành luận văn này Đặc biệt, với lòng biết ơn sâu sắc, Tác giả xin chan thành cảm ơn Thầy TS. Bùi Ngọc Tuyên , người trực tiếp hướng dân Tác giả làm đề tải này. Do trình độ bản thần còn hạn chế, bải viết đề tài không trảnh khỏi những thiếu sốt.

Tác giả mong nhận được những ý kiến dong góp, bỏ sung của các Thay đẻ luận văn này được hoàn thiện hơn. Tac gia xin chân thành cảm ơn! Tac gia de tai Nguyễn Thanh Tùng Luan van thac si khoa hoc Nam 2012 Hinh 4.21 Do sai s6 profin rang Hình 4.22 Sơ đỏ thiết lập hệ trục tọa độ Luan van thac si khoa hoc Nam 2012 Hinh 3.7 Xay dung diém Hinh 3.8 Tọa độ điểm Hình 3.9 Tọa độ điểm liên kết Hình 3.10 Đường thân khai Hình 3.11 Rãnh bánh răng.12 Tạo rãnh răng Hình 3.13 Bánh răng côn Hinh 4.1 Đường dụng cụ Hình 4.2 Kiểu đường chạy dao Hình 4.3 Hướng cắt Hinh 4.4 Khoảng cách đường chạy dao Hình 4.5 Đường chạy dao theo bẻ mặt Hình 4.6 Mô hình bánh răng tương đương, Hình 4.7 Sơ đồ thiết lập đường chạy dao Hình 4.8 Phôi bánh răng, Hình 4.9 Dao phay đầu cầu Hinh 4.11 Nhập phôi Hình 4.