Đề tài Lập bản vẽ 3D và ứng dụng công nghệ CNC gia công khớp nối đẳng tốc RZEPPA ứng dụng trên đồ gá máy mài răng MAAG_HSS30 để mài dao xọc răng

luôn luôn được yêu cầu trong suốt quá trình thiết kế những thành phần riêng biệt của khớp, tuy nhiên điều này là khó có thể xảy ra. Sự cần thiết để cân bằng sản xuất chính xác cũng được đề cập trong báo cáo này. Hình 1.5 : Khe hở lắp ghép trên khớp đẳng tốc. Khớp đẳng tốc RZEPPA phải bền và có khả năng truyền mômen êm nhẹ giữa các góc quay của khớp. Khớp này đạt được vận tốc không đổi bằng cách nén 6 viên bi nằm trên cùng một mặt phẳng và nằm giữa 2 rãnh chạy bi, mà trên mặt phẳng này được hiểu là mặt phẳng phân giác của khớp. Như hình 1.6 vị trí của bi được xác định bởi những điểm giao nhau của đường bi trùng tâm dọc theo rãnh của vỏ cầu và của lõi cầu được đặt tại tâm O1 và O2. Điểm O1 được gọi là tâm rãnh trượt bi của vỏ cầu và O2 là tâm rãnh trượt bi của lõi cầu. Một vòng cách cũng được đặt vào khớp cầu để đảm bảo sự chuyển động của bi nằm trong mặt phẳng phân giác, nó được khống chế bằng 6 ô cửa sổ khác nhau trên vỏ cầu. Biên dạng cầu ngoài của vòng cách được bao bọc bởi biên dạng cầu trong của vỏ cầu, biên dạng cầu trong của vòng cách lại bao bọc biên dạng cầu ngoài của lõi cầu (Hình 1.6). Hình 1.6: Nguyên lý cấu tạo của khớp RZEPPA Trên đây là lý thuyết về 4 khối cầu trung tâm gặp nhau tại điểm O gọi là khớp trung tâm. Những rãnh của lõi cầu lý tưởng đều được đặt cân bằng nhau trong chiều thuận của đường tròn. Khoảng cách của 2 rãnh trong lõi cầu là 60° (Hình 1.7 ) Hình 1.7 : Lõi cầu lý tưởng Do sự biến dạng của vật liệu hay do sự chế tạo không chính xác mà những góc này có thể thay đổi khoảng cách góc thật sự giữa các rãnh của lõi cầu (Hình 1.8). Lõi cầu có những sai số được sử dụng làm thí nghiệm trong nghiên cứu có số liệu như trên hình 1.8. Sự sai khác về khoảng cách góc giữa các rãnh sẽ làm cho sự phân phối tải trọng giữa 6 viên bi và 6 cặp rãnh không còn đồng đều, một số viên bi sẽ được nén chặt vào biên dạng các rãnh một số khác thì không và do đó chúng sẽ bị lỏng. Với những rãnh có viên bi được nén chặt thì trên bề mặt ứng suất tiếp xúc sẽ bị tăng và nó được mô tả qua ứng suất Hertz. Thêm vào đó, sự không đúng về vị trí của tâm rãnh trượt bi trên vỏ cầu điểm O1 (Hình 1.6) có thể là nguyên nhân của sự phân phối ứng suất không mong muốn giữa các rãnh. Hình 1.8 : Lõi cầu có sai số. Sự hoạt động của rãnh có quan hệ đến ứng suất Hertz. Thông thường ứng suất Hertz càng cao thì dấu hiệu vỡ và mòn sẽ xuất hiện trong thời gian vận hành càng ngắn. Nghiên cứu mô phỏng sự phân phối ứng suất Hertz như là một chuỗi các vị trí không chính xác và hơn thế nữa là sự tiên đoán về những rãnh có điểm yếu về tính chất bền của nó. *) Mô hình ADAMS của khớp đẳng tốc RZEPPA. Mô hình ADAMS được xác định để mô phỏng chuyển động và lực tương tác của mỗi phần tử trong khớp đẳng tốc RZEPPA. Những phần tử này được xem như những chuyển động học vững chắc của vật thể. Lực tiếp xúc được tái tạo với lực giảm rung của lò xo. Sự biến dạng của vật liệu được tính toán bởi độ cứng tuyến tính hoặc không tuyến tính. Vì vậy, lực tương tác giữa các phần được xác định bởi những vị trí tương đối của chúng và vận tốc tương đối của chúng. Những lực này về cơ bản được tổng hợp theo những điểm sau đây : Lực tiếp xúc giữa bi và rãnh : Nó được mô phỏng như thực hiện nhiệm vụ va chạm ADAMS . Độ cứng không tuyến tính được tính toán theo thuyết Hertz. Lực tiếp xúc giữa bi và cửa sổ vòng cách: vòng cách được coi như là ống lót ADAMS. Độ cứng của vòng cách sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn. Lực tương tác giữa vỏ cầu, vòng cách và lõi cầu : Là những lực cấu thành đơn giản ADAMS. Lực ma sát : Áp dụng hệ số hằng của lực ma sát. Hệ số hằng phụ thuộc vào điều kiện làm việc . Trong mô hình này thân vỏ cầu bị ép bởi khớp uốn. Nó cũng có thể tạo thành những góc khác nhau. Sự quay vòng cũng được áp dụng trong thân vỏ cầu và mômen tồn tại trong trục lõi cầu. Trong thí nghiệm này số vòng quay được sử dụng là 200 v/ph. *) Mô phỏng, kiểm tra khoảng cách góc giữa các rãnh trượt bi trên lõi cầu Sự mô phỏng được thực hiện với khớp đẳng tốc RZEPPA có góc 60° và mômen tải trọng là 300 Nm. Trong thí nghiệm này khoảng cách của những rãnh cầu ngoài được xem là lý tưởng. Có hai loại rãnh trượt bi trong lõi cầu là rãnh lý tưởng (Hình 1.7) và rãnh có sai số về khoảng cách góc (Hình 1.8) nhưng cả hai đều tuân theo mô hình ADAMS. Sự phân phối ứng suất Hertz của các rãnh trượt bi trên lõi cầu có cùng hướng với ứng suất trên các rãnh trượt bi vỏ cầu. Đồ thị ứng suất Hertz của khớp sử dụng lõi cầu lý tưởng là đường gạch chấm trên đồ thị (Hình 1.9a,b,c). Rõ ràng nếu nhìn trên đồ thị thì phân bố ứng suất thì, với các rãnh cách đều nhau 60° có hình dạng của đồ thị là tương đối giống nhau. Mỗi một rãnh đạt được ứng suất Hertz cực đại tại những thời điểm khác nhau nhưng về giá trị là nó gần bằng nhau vì vậy các rãnh làm việc là bền như nhau. Đối với khớp sử dụng lõi cầu có sai số sẽ xảy ra hiện tượng về sự phân bố tải trọng không đều nên sự phân bố ứng suất Hertz cũng không trùng với sự phân bố ứng suất Hertz trên lõi cầu lý tưởng. Sự phân bố này được miêu tả bằng các nét liền trên đồ thị (Hình 1.9a,b,c). Nhìn vào đồ thị chúng ta có thể nhận thấy ở các rãnh số 2 và số 5 của khớp đẳng tốc có đường cong ứng suất Hertz lớn hơn so với khớp lý tưởng và lớn hơn rất nhiều so với các rãnh khác trong bản thân nó đặc biệt là rãnh số 3 và số 6. Hình 1.9a : Biểu đồ mô tả ứng suất Herzt trển rãnh số 1 và 2. Hình 1.9b : Biểu đồ mô tả ứng suất Herzt trển rãnh số 3 và 4. Hình 1.9c : Biểu đồ mô tả ứng suất Hertz trển rãnh số 5 và 6. Sự phân bố ứng suất Hertz không đều giữa 6 rãnh trượt bi ở vỏ cầu ngoài sẽ tạo ra sự hao mòn ở rãnh số 2 và số 5 trong khi ở các rãnh còn lại hình dáng của các rãnh là vẫn không thay đổi. Để thay đổi kết luận, kiểm tra độ bền của khớp dựa sử dụng lõi cầu, sự kiểm tra độ bền dưới điều kiện giống như mô phỏng sau thời gian vận hành, tất cả các phần đều hoạt động và kiểm tra thì báo cáo này coi như đem ra một chỉ số về khoảng cách lý tưởng của các rãnh trong được chỉ ra như là một sự tham khảo và được gọi là “ khoảng cách hoàn hảo”. Thí nghiệm đã chỉ rõ ràng chỉ có rãnh số 2 và số 5 là có sự xuất hiện của sự ăn mòn trong khi các rãnh còn lại thì không có dấu hiệu của ăn mòn. Từ những kết quả của bài kiểm tra đã chứng minh những giả định phân tích trên là đúng đắn. *) Mô phỏng khoảng cách giữa tâm rãnh trượt bi trên vỏ cầu Tâm của tất cả các rãnh trượt bi trên vỏ cầu được ký hiệu là điểm O1 được giả sử nằm trên trục của vỏ cầu và di chuyển 1 khoảng từ trung tâm vỏ cầu là điểm O (Hình 1.6). Trong thực tế tâm của rãnh trượt bi trên vỏ cầu này (O1) thường rời khỏi trục và được gọi là : Sai số off-axis. Hoặc nó có thể được đặt trên trục nhưng rất xa so với vị trí thực của nó, sai số như thế gọi là : Sai số along-axis. Cả hai lỗi này đều làm tăng giá trị max của ứng suất Hertz. Với điều kiện để làm thí nghiệm : Điều kiện thời tiết bình thường. Góc ăn khớp của trục là O°. Tải trọng mômen là 2300Nm. Lõi cầu là lý tưởng. Sự mô phỏng sẽ hoạt động với các lỗi off-axis và lỗi along-axis và đã chỉ ra rằng ứng suất Hertz của rãnh trượt bi trên vỏ cầu dễ bị hỏng vì lỗi off-axis hơn là do lỗi along- axis rất nhiều. Điều này đã được thể hiện rõ thông qua số liệu trên biều đồ ở hình 1.10 Hình 1.10: Đồ thị biểu hiện sai số về lỗi khoảng cách tâm 1.2.3 Kết luận : Với một khớp đẳng tốc RZEPPA, mỗi một rãnh có một tải trọng tương đương ở mỗi một vòng quay vì thế mà ứng suất Hertz sẽ được phân bố tại tất cả các rãnh. Lỗi khoảng cách các góc giữa các rãnh trượt bi trên lõi cầu sẽ thay đổi sự phân bố ứng suất Hertz giữa 6 rãnh lăn của vỏ cầu. Một số rãnh sẽ tăng thêm sự hao mòn và hư hỏng, một số khác sẽ ít bị ảnh hưởng của tải trọng giống như mô phỏng. Những phân tích phỏng đoán là tin cậy thông qua sự kiểm tra về độ bền cơ học của khớp. Hai rãnh vỏ cầu với ứng suất uốn Hertz cao có sự mòn và vỡ vụn tại một số nơi trong khi những rãnh cầu khác có hình dạng rất tốt. Suy ra có sự ảnh hưởng của lỗi khoảng cách góc trên rãnh ứng suất. Ngoài ra sai số về vị trí tâm của rãnh trượt bi trên vỏ cầu có 2 dạng ứng với hai lỗi sai số đó là : lỗi off-axis và lỗi along axis, 2 lỗi này cũng ảnh huởng đến độ bền của chi tiết nó làm tăng giá trị cực đại ứng suất Herzt trên rãnh trượt bi nhưng trong đó chi tiết thường bị hỏng do lỗi off-axis hơn là do lỗi along-axis. Qua số liệu nghiên cứu của Jesse Song về sự tăng giá trị cực đại ứng suất trên bề mặt rãnh trượt bi, chúng tôi đã lựa chọn phần trăm (%) tăng giá trị cực đại trên bề mặt chi tiết là 3%, và dung sai về vị trí của các rãnh trượt bi là 60°±5’. 1.3 Cấu tạo của khớp đẳng tốc RZEPPA ứng dụng trên máy mài MAGG-HSS30. Giới thiệu: Máy mài răng MAGG-HSS30 trong công ty cổ phần cơ khí Hồng Lĩnh là máy mài răng trụ răng thẳng dùng phương pháp mài răng bằng hai đá mài dạng đĩa theo nguyên lý bao hình có chia độ theo chu kỳ (sau khi mài xong hai mặt răng của hai răng kề nhau thì tiếp tục mài hai mặt răng kề nhau kế tiếp). Trong suốt quá trình gia công đá mài chỉ thực hiện chuyển động quay (hình 1.11), còn phôi (bánh răng gia công) thực hiện đồng thời các chuyển động chạy dao đi lại S1, chuyển động bao hình (chuyển động lắc) và chuyển động tịnh tiến đi lại S (theo phương vuông góc với phương S1). Đá mài được gá nghiêng một góc 150 như hình 1.11. Hình 1.11: Sơ đồ mài răng của máy mài MAGG-HSS30. Xuất phát từ thực tế tại công ty đã có máy mài MAGG-HSS30 tuy nhiên máy chỉ có thể thực hiện mài được răng trụ răng thẳng. Để mài được dao xọc răng với góc sau của đỉnh dao xọc răng nằm trong khoảng 40– 60 với yêu cầu mài hết được profin của dao thì trục gá dao phải nghiêng đi một góc là 40– 60 (ta lấy giá trị cố định là 50). Hình 1.12: Sơ đồ mài dao xọc. Do kết cấu sẵn có của máy với trục gá dao không thể nghiêng được 1 góc 50 do đó Tôi đã sử dụng khớp Các Đăng Rzeppa đồng tốc để có thể tạo ra trục gá dao nghiêng 50 thoả mãn yêu cầu của bài toán đặt ra. Hình 1.13: Sơ đồ thiết kế đồ gá sử dụng khớp Rzeppa. Từ những yêu cầu trên và từ yêu cầu của thực tế khớp đẳng tốc Rzeppa được thiết kế bao gồm gồm 5 bộ phận: aVỏ cầu. aLõi cầu. aBi lăn. aVòng cách. aTrục gá dao. Hình1.14 : Mô hình 3D khớp đẳng tốc RZEPPA ứng dụng trên máy mài. 1.3.1 Vỏ cầu. a. Cấu tạo : Vỏ cầu được gắn liền vào với trục ra và mặt trong của vỏ cầu là 1 mặt cầu cùng hệ thống các rãnh dùng để chứa các viên bi (Hình 1.15). Chức năng của vỏ cầu là truyền chuyển động từ bộ phận chia răng của máy mài để thực hiện việc mài biên dạng răng. b. Yêu cầu kỹ thuật : Trong quá trình chế tạo vỏ cầu thì phải lưu ý các yêu cầu kỹ thuật như sau: aĐảm bảo sự chính xác về vị trí tương đối giữa ba vòng xuyến (sáu rãnh trượt bi). aTâm của ba vòng xuyến phải đồng phẳng và mặt phẳng ấy phải vuông góc với đường tâm của mặt cầu trong của vỏ cầu. Hình1.15 : Vỏ cầu ngoài của khớp đẳng tốc RZEPPA 1.3.2 Lõi cầu. a. Cấu tạo : Lõi cầu được tạo nên bởi một mặt cầu vát và ba vòng xuyến lệch tâm với mặt cầu (Hình 1.16). Lõi cầu được nối với trục gá dao qua kết cấu then bằng. b. Yêu cầu kỹ thuật : Để đảm bảo cho yêu cầu lắp ghép với các bộ phận khác và điều kiện làm việc của cơ cấu khớp đẳng tốc thì lõi cầu cần thỏa mãn các điều kiện kỹ thuật sau : aĐảm bảo sự chính xác về vị trí tương đối giữa ba vòng xuyến không để xảy ra sai số góc giữa ba vòng xuyến. aĐảm bảo sự chính xác về độ đồng tâm giữa ba vòng xuyến của rãnh cầu với ba vòng xuyến của vỏ cầu. Hình1.16 : Lõi cầu của khớp đẳng tốc RZEPPA 1.3.3 Bi lăn. Hình1.17 : Bi lăn. Bi được dùng trong khớp đẳng tốc RZEPPA là bi theo tiêu chuẩn. Tùy theo công suất yêu cầu của khớp đẳng tốc mà chúng ta chọn kích thước bi sao cho phù hợp. Trong khớp đẳng tốc RZEPPA thì số bi luôn luôn là 6 viên. Và chúng chuyển động tương đối trong các rãnh trượt bi theo chiều dọc. Chúng là bộ phận trung gian dùng để truyền chuyển động xoay giữa trục ra và trục vào. Trong quá trình vận hành thì bi luôn gắn liền với các mặt của rãnh trượt bi do đó nó chuyển động cùng trục vào và kéo trục ra chuyển động theo. Đường kích bi được sử dụng trong cơ cấu khớp đẳng tốc RZEPPA mà Tôi trình bày trong đề tài này là: Æ12,3 mm (Chọn theo tiêu chuẩn). 1.3.4 Vòng cách. Hình1.18 : Vòng cách. Chức năng của vòng cách là dùng để giữ các viên bi ở giữa các rãnh của vỏ cầu và lõi cầu cũng như giữ tâm của chúng luôn nằm trên một mặt phẳng trong quá trình khớp làm việc hay trong quá trình thay đổi góc hợp bởi hai trục vào và trục ra của khớp đẳng tốc. Ngoài ra vòng cách còn có một chức năng quan trọng khác nữa đó là nó luôn giả định vị trí để tạo ra hai góc bằng nhau giữa trục vào và trục ra. Các yêu cầu kỹ thuật trên nhằm thỏa mãn yêu cầu lắp ghép và điều kiện kỹ thuật của khớp nối cầu : đường nối giữa tâm bi và tâm khớp nối cầu luôn luôn là đường phân giác của góc tạo bởi 2 trục ra và vào của khớp nối trong cả quá trình làm việc. 1.3.5 Trục gá dao Trục gá dao được dùng để gá dao xọc răng với 2 kích thước sẵn có để mài 2 loại dao có đường kính khác nhau (Æ44,45mm, Æ31,75mm). Một đầu được nối với cầu trong nhờ then bằng, một đầu được định vị nhờ mũi chống tâm nghiêng so với phương ngang 50. Hình 1.19: Trục gá dao. 1.4 Thiết kế và lập bản vẽ chi tiết gia công. Yêu cầu kĩ thuật của vỏ cầu, vòng cách, lõi cầu, trục gá dao như sau: aĐộ nhám của các mặt cầu, các rãnh trượt bi và của phần làm việc trên trục gá dao được chọn trong thiết kế là Ra = 2,5mm, các bề mặt còn lại có độ nhám RZ = 40mm. aVật liệu chúng tôi chọn để gia công lõi cầu và vỏ cầu là: thép 20XM, vật liệu để gia công trục gá dao là 40XM, còn vật liệu để gia công vòng cách là : C45. aChế độ nhiệt luyện cho vỏ cầu và lõi cầu là thấm Cácbon bề mặt 0,8 ¸ 1 mm, chi tiết đạt độ cứng bề mặt là 58 ¸ 60 HRC. Trục gá dao được tôi cải thiện (hoá tất) đạt độ cứng là 28 ¸ 32 HRC sau đó tôi cao tần các bề mặt làm việc đạt độ cứng 52 ¸ 54 HRC. Vòng cách được tôi cải thiện đạt độ cứng 25 ¸ 30 HRC. aPhôi được chuẩn bị cho tất cả các chi tiết gia công (trừ bi trượt) là phôi rèn nhằm tăng tính ổn định cho các chi tiết. Từ đó Tôi tiến hành tính toán và đưa ra bộ bản vẽ kỹ thuật đầy đủ như sau : Hình1.20 : Bản vẽ lắp ráp vỏ cầu. Hình1.21 : Bản vẽ chi tiết vòng cách. Hình1.22 : Bản vẽ chi tiết lõi cầu. Hình 1.23: Bản vẽ chi tiết trục gá dao. CHƯƠNG II. THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG BỘ KHỚP NỐI Cơ cấu cần chế tạo là một cơ cấu có nhiều chi tiết được lắp ghép với nhau, mỗi một chi tiết có một hình dáng và yêu cầu kỹ thuật riêng nên mỗi chi tiết sẽ có một phương pháp chế tạo riêng biệt. Nhưng có một đặc điểm chung giữa chúng là để đảm bảo được điều kiện làm việc cũng như điều kiện lắp ghép được một cách chính xác. Nếu các chi tiết của khớp đẳng tốc RZEPPA gia công trên các máy gia công cơ thì khó có thể đảm bảo được các điều kiện trên, vì vậy việc gia công các chi tiết này nên được gia công trên các máy gia công điều khiển số CNC. 2.1 Tiến trình công nghệ gia công lõi cầu. Với hình dáng và yêu cầu kỹ thuật như trên bản vẽ thì lõi cầu có thể chế tạo được theo 2 phương pháp gia công CNC thông dụng đó là : aPhương pháp Phay CNC. aPhương pháp Tiện CNC. Phương pháp phay CNC sẽ đem lại cho người làm công nghệ sự lựa chọn an toàn với các ưu thế về sự linh hoạt trong gá đặt chi tiết và sự chính xác cao trong việc lấy điểm chuẩn phôi cũng như hạn chế được ít sai số hơn so với phương pháp tiện CNC. Tuy nhiên đối với phương pháp phay nó lại để lại một hạn chế lớn so với phương pháp tiện đó là thời gian để gia công ra 1 sản phẩm là rất lớn, việc này dẫn đến tính hiệu quả trong kinh tế cho nhà sản xuất là không cao. Do đó đối với các chi tiết có thể gia công được bằng công nghệ tiện thì thông thường các nhà sản xuất và các nhà công nghệ vẫn thường ưu tiên lựa chọn phương pháp tiện hơn. Không phải là ngoại lệ chính vì vậy mà Tôi đã kết hợp phương pháp tiện và phay trên máy tiện CNC để gia công cho chi tiết lõi cầu nhằm đạt được kết quả cao. *) Chọn chuẩn gia công : Đối với chi tiết lõi cầu thì bề mặt làm việc chính là các rãnh trượt bi R= 16,85-0,02 mm, bề mặt cầu ngoài SR = 21,4-0,02 mm, và lỗ Æ20+0,02mm và then bằng (Hình 1.22). Bề mặt cầu ngoài SR = 21,4-0,02 mm ăn khớp với mặt cầu trong của vòng cách, rãnh trượt bi trên lõi cầu cùng với rãnh trượt bi trên vỏ cầu dùng để chứa các viên bi cũng như là nơi nhận chuyển động từ bộ chia răng. Ngoài việc cần phải đảm bảo độ chính xác các kích thước của bề mặt làm việc trên thì trong lõi cầu vị trí tương quan của các rãnh trượt bi cũng như các khoảng cách từ tâm cầu có SR = 21,4+0,025 mm và tâm 3 vòng xuyến có RXuyến = 16,85-0,02 mm tới mặt đầu 2 cũng cần phải chính xác cao. Để đạt được các độ chính xác của kích thước cũng như độ vuông góc giữa mặt đầu 2 và đường tâm của lõi cầu Tôi chọn chuẩn thô là bề mặt trụ 4 để gia công tinh mặt đáy 2 và mặt trụ 3: Æ20+0,02 mm (Hình 2.1 ). Hình2.1: Sơ đồ bố trí các bề mặt chính *) Thứ tự các nguyên công : Nguyên công 1: Tiện tinh mặt đầu 2, một đầu mặt trụ 4 và gia công lỗ Æ20+0,02 mm. Dùng mâm cặp 3 chấu tự định tâm kẹp chặt vào mặt chuẩn thô 4 vừa khống chế 4 bậc tự do đồng thời kẹp chặt phôi. Trong quá trình gia công lỗ Æ20+0,02 mm thì bao gồm các quá trình: khoan Æ16mm, tiện thô và tiện tinh. Mặt đầu 2, mặt trụ 3 và một đầu mặt 4 được gia công trên một lần gá nên vừa đảm bảo được độ vuông góc của đường tâm trụ Æ20+0,02 mm với mặt đầu 2 đồng thời đảm bảo được độ đồng tâm giữa trụ Æ20+0,02 mm với một đầu mặt trụ 4 (mặt được dùng làm chuẩn tinh phụ cho nguyên công sau). Hình 2.2: Nguyên công 1 Nguyên công 2: Gia công xọc then bằng Dùng mâm cặp 3 chấu kẹp chặt chi tiết đồng thời hạn chế 4 bậc tự do. Hình 2.3: Nguyên công 2. Nguyên công 3: Tiện thô, tinh mặt đầu 1 để đạt kích thước 18 mm và mặt trụ 4 đạt Æ44 mm. Vát mép chi tiết. Tiện mặt cầu có SR = 21,4-0,02 mm. Chi tiết được định vị bằng mâm cặp ba chấu tự định tâm kẹp vào mặt chuẩn tinh phụ 4 định vị 4 bậc tự do đồng thời kẹp chặt phôi gia công. Hình 2.4:Nguyên công 3a. Tiện mặt cầu có SR = 21,4-0,02 mm. Hình2.5: Nguyên công 3b. Trước khi gia công chi tiết được gá đặt trên đồ gá mặt đầu 2 được tỳ vào gá định vị 3 bậc tự do, mặt trụ 4 được định vị bằng một trụ ngắn khống chế 2 bậc tự do. Chi tiết được kẹp chặt vào đồ gá bằng bulông (Hình vẽ 2.5). Toàn bộ đồ gá được gá vào mâm cặp 3 chấu tự định tâm trên máy tiện. Nguyên công 4: Phay rãnh trượt bi SR = 16,85-0,02 mm. Để gia công được nguyên công này với yêu cầu về độ chính xác cao và có các đặc thù thì Tôi sẽ nói ở chương 3 của đồ án. Hình 2.6: Nguyên công 4. 2.2 Tiến trình công nghệ gia công vòng cách. Về chọn máy và phương pháp gia công cho vòng cách Tôi cũng có sự lựa chọn như đối với phương pháp gia công lõi cầu đó là : gia công vòng cách bằng phương pháp tiện trên máy tiện điều khiển số CNC nhằm đạt được độ chính xác cao trong các kích thước. Trong chi tiết vòng cách các kích thước quan trọng đó là: kích thước của 2 mặt cầu làm việc (mặt cầu trong RCầu= 21,7+0,02 mm, mặt cầu ngoài RCầu= 24,7-0,02 mm) và kích thước từ tâm của 2 mặt cầu tới mặt đầu 2 (10,5 ±0,02 mm). Mặt cầu trong của vòng cách sẽ tiếp xúc với mặt cầu ngoài của chi tiết lõi cầu còn mặt cầu ngoài của vòng cách thì tiếp xúc với mặt cầu trong của vỏ cầu trong quá trình lắp ghép. Ngoài ra chi tiết vòng cách còn có 6 cửa sổ có chức năng giữ các viên bi cùng nằm trong một mặt phẳng. Ngoài ra vì chi tiết vòng cách này có chiều dày rất bé (chỉ xấp xỉ 3 mm) nên trong quá trình kẹp chặt có thể chi tiết sẽ bị biến dạng mà như thế chi tiết sẽ không còn làm việc được. Vì vậy khi chế tạo Tôi thiết kế thêm vào chi tiết vòng cách 1 đoạn chi tiết phụ Æ44 mm x 20 mm chuyên dùng cho việc gá đặt cũng như kẹp chặt chi tiết như vậy sẽ không làm ảnh hưởng đến độ biến dạng bề mặt chi tiết trong quá trình gia công, sau khi gia công Tôi sẽ cắt bỏ phần gá kẹp và hoàn thiện sẽ chi tiết. *)Chọn chuẩn gia công : Hình 2.7 : Sơ đồ bố trí các bề mặt chính. Từ các đặc tính trên Tôi chọn chuẩn thô là bề mặt trụ 1 để gia công tinh mặt đáy 4, mặt trụ 3, lỗ trụ 5. Chuẩn tinh thống nhất được chọn là mặt trụ 3 (Hình vẽ 2.7). *)Thứ tự các nguyên công gia công : Nguyên công 1: Tiện thô, tinh mặt đầu 4, mặt trụ 3 (Æ44 mm x 20 mm), gia công lỗ 5 (Æ20 mm). Dùng mâm cặp 3 chấu tự định tâm kẹp chặt vào mặt chuẩn thô 1 vừa khống chế 4 bậc tự do vừa kẹp chặt phôi. Trong quá trình gia công lỗ Æ20 mm bao gồm: khoan Æ16 mm, tiện thô và tiện tinh trên toàn bộ chiều dài phôi. Hình 2.8: Nguyên công 1. Nguyên công 2: Tiện thô, tinh mặt đầu 2 để đạt kích thước 41 mm; mặt bậc 6 (Æ40 mm x 23 mm); mặt cầu trong SR = 21,7+0,02 mm và cầu ngoài SR = 24,7-0,02 mm. Chuẩn tinh được sử dụng bây giờ là mặt trụ 3, dùng mâm cặp ba chấu tự định tâm kẹp vào trụ Æ44 mm, vừa định vị 4 bậc tự do vừa kẹp chặt. Hình 2.9: Nguyên công 2. Nguyên công 3: Phay 4 hốc 16 mm x 12,4 mm và 2 hốc 21 mm x 12,4 mm. Dùng mâm cặp ba chấu tự định tâm kẹp vào trụ Æ44 mm, vừa định vị 4 bậc tự do vừa kẹp chặt. Sau đó cả cơ cấu định vị và kẹp được gá trên mâm chia độ và chi tiết được phay trên máy phay ngang. Hình 2.10: Nguyên công 3. Nguyên công 4: Tiện đứt trụ Æ44 mm dài 20 mm. Dùng mâm cặp ba chấu tự định tâm kẹp vào trụ Æ44 mm, vừa định vị 4 bậc tự do vừa kẹp chặt. Và dùng dao tiện rãnh để cắt đứt chi tiết đạt kích thước 21mm. Hình 2.11: Nguyên công 4. Nguyên công 5: Vát mép làm cùn 2 mặt đầu vòng cách. Sau khi loại bỏ phần gá kẹp chúng ta tiến hành vát mép cho chi tiết để có chi tiết hoàn thiện. Dùng mâm cặp ba chấu kẹp bung vào kích thước Æ40 mm. Với trình tự gia công như trên sẽ đảm bảo được cho chi tiết các yêu cầu về độ đồng tâm giữa hai mặt cầu cũng như đảm bảo kích thứơc về khoảng cách giữa tâm các mặt cầu đến mặt đầu 2. Hình 2.12: Nguyên công 5. 2.3 Tiến trình công nghệ gia công vỏ cầu. Với hình dạng bề mặt của chi tiết vỏ cầu rõ ràng nếu chỉ dùng phương thức gia công tiện CNC để gia công thì đó là điều không thể vì với kết cấu như vậy, các rãnh trượt bi không thể tạo hình được với gia công trên máy tiện. Mà trong đó phương pháp tiện đóng vai trò trong tạo hình bề mặt cho chi tiết cần gia công còn phương thức gia công các rãnh trượt bi phải sử dụng phương pháp phay CNC. Có chức năng gần giống như lõi cầu, đối với chi tiết vỏ cầu thì bề mặt làm việc chính cũng là các rãnh trượt bi R = 29,15+0,02 mm, bề mặt cầu trong SR = 25+0,02 mm, bề mặt lỗ Æ20+0,02 mm . Trong đó lỗ Æ20+0,02 mm dùng để lắp ghép với trục ra của bộ chia răng, bề mặt cầu trong SR = 25+0,02 mm sẽ ôm với mặt cầu ngoài của vòng cách, rãnh trượt bi là nơi nhận truyền động xoắn từ lõi cầu thông qua sự tiếp xúc của bi lăn với các rãnh cầu. *)Chọn chuẩn gia công : Hình2.13 : Sơ đồ bố trí các bề mặt chính. Từ các đặc tính trên Tôi chọn chuẩn thô là bề mặt trụ 1 để gia công tinh mặt trụ 2, mặt đáy 3, mặt cầu trong 4, mặt trụ Æ38 mm, mặt trụ Æ22 mm và phần mặt cầu trong SR24,13 mm (Hình 2.13). *)Thứ tự các nguyên công gia công : Nguyên công 1: Khoan lỗ Æ18 mm thông suốt chiều chi tiết. Xén tinh mặt đầu 3, tiện tinh mặt trụ Æ66 mm, góc lượn R2, mặt trụ Æ38 mm, mặt trụ Æ22 mm. Tiện tinh mặt cầu trong SR24,13 mm, SR25+0,02mm. Dùng mâm cặp 3 chấu tự định tâm kẹp chặt vào mặt chuẩn định vị 1 (chuẩn thô) vừa khống chế 4 bậc tự do vừa kẹp chặt chi tiết gia công trên máy tiện CNC. Hình 2.14: Nguyên công 1. Nguyên công 2: Phay rãnh trượt bi trên vỏ cầu. Hình 2.15: Nguyên công 2. Nguyên công 3: Xén tinh mặt đầu 5, tiện tinh mặt trụ Æ36 mm, vát mép, tiện tinh các góc lượn R3 mm, R4 mm. Dùng mâm cặp 3 chấu tự định tâm kẹp chặt vào mặt chuẩn tinh 2 vừa khống chế 4 bậc tự do vừa kẹp chặt chi tiết gia công trên máy tiện CNC. Hình 2.16: Nguyên công 3. Nguyên công 4: Phay mặt phẳng 6. Dùng mâm cặp 3 chấu cũng định vị trên mặt chuẩn tinh 2 vừa kẹp chặt vừa khống chế 4 bậc tự do trên máy phay CNC. Hình 2.17: Nguyên công 4. Nguyên công 5 : Mài tròn đoạn trụ Æ20+0,02 mm. Chi tiết được định vị và kẹp chặt vào mặt 2 bằng mâm cặp 3 chấu tự định tâm hạn chế 4 bậc tự do. Hình 2.18: Nguyên công 5. 2.4 Tiến trình công nghệ gia công trục gá dao Về chọn máy và phương pháp gia công cho trục gá dao Tôi cũng có sự lựa chọn như đối với phương pháp gia công lõi cầu và vòng cách đó là : gia công vòng cách bằng phương pháp tiện trên máy tiện điều khiển số CNC. Trong chi tiết trục gá dao có các kích thước quan trọng đó là phần để gá dao mài Æ44.45-0,01 mm, Æ31,75-0,01 mm, phần trụ Æ20-0,02 mm và kích thước 6+0,01 mm của then bằng. Thứ tự các nguyên công gia công: Nguyên công 1: Khoả mặt, khoan tâm 2 đầu đạt kích thước 250 mm. Bước 1: Khoả mặt và khoan tâm 1 đầu. Bước 2: Khoả mặt và khoan tâm đầu kia sao cho đạt kích thước 250mm. Hình 2.19: Nguyên công 1. Nguyên công 2: Tiện tất cả các kích thước Æ20-0,02 mm, Æ26 mm, Æ56 mm, Æ40,45 mm, Æ27,75 mm, Æ24 mm, Æ20 mm đạt kích thước. Các kích thước Æ44.45-0,01 mm, Æ31,75-0,01 mm để lại lượng dư 1mm. Tiện ren M20x1,5. Vát mép sắc cạnh. Tương tự như nguyên công 1 tiện một đầu trước sau đó đảo đầu tiện đầu tiếp theo. Tuy nhiên ban đầu kẹp chi tiết bằng mâm cặp 3 chấu ở phần có ren trước sau đó mới kẹp chi tiết ở đầu kia để tiện các kích thước và tiện ren M20x1,5. Hình 2.20: Nguyên công 2. Nguyên công 3: Phay then bằng. Hình 2.21: Nguyên công 3. Nguyên công 4: Nhiệt luyện các bề mặt làm việc bằng cách tôi cao tần. Nguyên công 5: Mài các kích thước Æ44.45-0,01 mm, Æ31,75-0,01 mm, đạt kích thước tiêu chuẩn. Mài các bề mặt 1 và 2. Hình 2.22: Nguyên công 5. CHƯƠNG III. PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG RÃNH TRƯỢT BI 3.1 Công nghệ gia công rãnh trượt bi trên vỏ cầu. Bề mặt làm việc của rãnh trượt bi cần gia công trong nguyên công này được tạo hình bởi 1 đường tròn có đường kính bằng Æ = 12,3+0.02 mm chạy trượt theo cung tròn có bán kính là 29,15+0,02 mm với độ dài là 23,15 mm. Nó là các mặt xuyến có tâm xuyến nằm ở trong lòng chi tiết. Ngoài ra toàn bộ rãnh trượt bi trên vỏ cầu còn có một đoạn phụ phía dưới đảm nhiệm nhiệm vụ thoát bi (Hình vẽ 1.20). Vì vậy khi gia công chi tiết nếu gá thẳng chi tiết thì bề mặt gia công sẽ tồn tại các hốc kín, hốc kín là các mặt khi nhìn vuông góc từ trên xuống bàn máy (nhìn theo hướng gá dao) sẽ không thể thấy được. Muốn gia công được những hốc kín như vậy phải có các con dao đầu cầu đặc biệt, mà với điều kiện dụng cụ cắt hiện tại ở thị trường Việt Nam những con dao như thế là rất hiếm và ít chủng loại để lựa chọn. Chính vì vậy chúng tôi đã nghiên cứu các phương pháp sử dụng các dụng cụ có sẵn ở thị trường để gia công được chi tiết trên bằng cách kết hợp lập trình bằng tay với sự trợ giúp của máy tính mà vẫn đảm bảo đầy đủ yêu cầu kỹ thuật của chi tiết. Có 2 phương pháp đề ra cho việc gá đặt trong quá trình gia công tinh rãnh trượt bi bây giờ là : +) Phương pháp 1 : “Gá nghiêng chi tiết để phần mềm hiểu rõ các mặt gia công và tiến hành gia công từng rãnh một với máy gia công CNC cùng dụng cụ cắt thông dụng ( đường tâm của 2 lỗ tâm không còn song song với trục Z của máy).” Hình 3.1 : Gá nghiêng chi tiết. Với cách gá nghiêng chi tiết (Hình vẽ 3.1) thì khi gia công chỉ có thể gia công từng rãnh đơn chiếc một và lúc ấy bề mặt gia công sẽ không tồn tại những hốc kín nữa. Do đó nó có những thuận lợi và khó khăn như sau: Thuận lợi: Với cách gá này chương trình sẽ tự động đọc bề mặt và cho ra đường chạy dao gia công cho người lập trình. Thời gian lập trình cũng được rút ngắn một cách đáng kể. Bề mặt gia công sẽ bóng hơn với chế độ cắt hợp lý. Không cần những dụng cụ cắt phức tạp mà chỉ cần một dụng cụ cắt là dao phay đầu bán cầu vẫn có thể gia công được biên dạng chi tiết. Khó khăn: Khi gá nghiêng vấn đề gá chi tiết trên máy gia công cũng như việc đi xác định chuẩn phôi là rất phức tạp. Mặt khác như ta đã biết khi gia công theo phương pháp này thì quá trình gia công sẽ bị gián đoạn giữa các rãnh do phải gia công từng rãnh đơn chiếc. Do đó thời gian chuẩn bị gia công sẽ tăng lên cũng như đảm bảo việc xoay chi tiết sau mỗi lần gia công rãnh sẽ rất khó đảm bảo được dung sai. +) Phương pháp 2: “Gá thẳng chi tiết với đường tâm của lỗ tâm vuông góc với trục máy.” Hình 3.2: Gá thẳng chi tiết. Trong cách thức gá thẳng chi tiết thì các bề mặt gia công sẽ bao gồm cả bề mặt nhìn thấy và bề mặt khuất của các hốc kín đây chính là thách thức cho các nhà thiết kế, chế tạo. Để gia công bề mặt các hốc kín của chi tiết trên các máy điều khiển số CNC có thể tiến hành theo các cách thức như sau : aGia công chi tiết trên các máy gia công hiện đại như trung tâm CNC 5 trục. aGia công chi tiết trên máy gia công CNC 3 trục theo các mặt phẳng vuông góc với bàn máy có sử dụng các lệnh G17,G18. aGia công chi tiết trên máy gia công CNC 3 trục trong mặt phẳng XOY (các mặt phẳng song song với bàn máy) với các lệnh nội suy G1,G2,G3 theo từng lớp. Phương pháp gá thẳng chi tiết sẽ có nhiều phương án gia công rãnh trượt bi hơn cho so với phương pháp gá nghiêng. *) Gia công trên trung tâm gia công CNC 5 trục. Thuận lợi : Với các trung tâm gia công CNC 5 trục thì mối lo ngại về các hốc kín tồn tại trên chi tiết gia công sẽ không còn vì các trung tâm gia công CNC 5 trục bàn máy có thể chuyển động xoay quanh các trục. Vì vậy phương án này cũng không cần đòi hỏi những dụng cụ cắt phức tạp mà cũng chỉ cần một dụng cụ cắt là dao phay bán cầu vẫn có thể gia công được biên dạng chi tiết. Khó khăn : Đối với phương án này nếu gia công ở Việt Nam sẽ rất bị hạn chế về điều kiện kỹ thuật (máy gia công, chương trình chạy, cũng như khả năng lập trình). *) Gia công trên trung tâm gia công CNC 3 trục với dao phay đầu cầu. Với việc sử dụng dao phay đầu cầu để gia công các rãnh trượt bi sẽ mang lại nhiều thuận lợi cho việc đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình thiết kế. Mô hình bề mặt cần gia công sau khi được dựng lên với các thông số có sẵn sẽ được số chương trình lập trình tự động nhận biết tính toán và cho nhà thiết kế quá trình công nghệ gia công bề mặt. Thuận lợi: Hạn chế được 1 cách tối đa sai số góc giữa các vòng xuyến vì không phải quay chi tiết trong quá trình gia công. Việc so dao và hiệu chỉnh chiều dài dụng cụ cắt dễ dàng khi chi tiết được gá thẳng. Không phải thay đổi, tháo lắp chi tiết trong cả quá trình gia công do đó thời gian chuẩn bị gia công được rút ngắn. Quá trình thiết kế được rút ngắn với sự trợ giúp của máy tính. Khó khăn : Khó khăn ở đây cũng giống như việc sử dụng trung tâm gia công 5 trục CNC là với điều kiện cơ sở Việt Nam hiện tại thì việc sử dụng con dao đầu cầu đem lại cho chúng ta những khó khăn trong việc tìm kiếm dụng cụ gia công. Ngoài ra khi lập trình gia công bằng máy hoàn toàn còn đem lại những yếu điểm như chương trình gia công do máy tính tự động tính toán sẽ rất khó kiểm soát và hiệu chỉnh, do đó nhiều khi thời gian gia công ra chi tiết sẽ rất là dài. *) Gia công trên trung tâm gia công CNC 3 trục với dao phay đầu bán cầu. Với các khó khăn và thuận lợi như trên cùng với điều kiện kỹ thuật hiện có ở công ty Hồng Lĩnh Tôi đã đưa ra một phương án gia công mới : “Gia công các rãnh trượt bi trên máy gia công CNC 3 trục với dụng cụ thông dụng có sự trợ giúp của máy tính kết hợp với lập trình bằng tay”. Chi tiết sẽ được gá thẳng trên bàn máy, rồi tiến hành gia công 6 rãnh trượt bi cùng một lần gá theo từng lớp. Lúc này chúng ta xem bề mặt cần gia công là tập hợp gồm những contour khép kín xếp song song với nhau (Hình 3.3). Do đó trong quá trình gia công dụng cụ cắt sẽ tạo hình bề mặt theo từng lớp và lưỡi cắt chỉ được tạo hình bằng 1 điểm trực tiếp trên dụng cụ cắt còn phần phía dưới của dụng cụ cắt có nhiệm vụ phá phôi làm giảm lượng dư cho lưỡi cắt chính. Hình 3.3: Bề mặt chi tiết cần gia công biểu diễn theo từng lớp. Với phương án tạo hình như trên thì sau mỗi quá trình gia công một lớp và chuyển sang lớp tiếp theo sẽ có một bước nhảy vì vậy mà bề mặt sản phẩm sẽ có dạng nhấp nhô bậc thang. Để đạt được độ bóng cần thiết theo yêu cầu kỹ thuật Tôi lựa chọn kích thước khoảng cách giữa 2 lớp: 0,1mm. Với bước nhảy như vậy thì giá trị cực đại của độ nhấp nhô trên bề mặt sau khi gia công tinh chỉ là 0,013 mm (Hình vẽ 3.4). Như chúng ta đã phân tích ở trên thì rãnh trượt bi gồm 2 phần là: phần làm việc chính và phần làm việc phụ. Trong đó phần làm việc phụ chỉ đóng vai trò cho quá trình tháo lắp vỏ cầu với các chi tiết khác của khớp đẳng tốc và với cách gá chi tiết như đã chọn thì bề mặt của phần làm việc phụ chỉ là các bề mặt nhìn thấy (Bề mặt khi ta nhìn thẳng từ phía trên chi tiết xuống mà vẫn thấy được hay bề mặt không bị che khuất). Với phần phụ này để đơn giản quá trình chuẩn bị gia công chúng ta vẫn chỉ tiến hành gia công trực tiếp bằng dụng cụ cắt bình thường (dao phay đầu bán cầu) với bề mặt chi tiết được mô hình hóa và nhập vào chương trình tự động để tính toán các đường chạy dao gia công. Hình 3.4: Kích thước độ nhấp nhô bề mặt. Với phương án gia công như trên sẽ khắc phục được hầu hết các khuyết điểm của các phương án đã nêu trên như : Khó khăn về điều kiện máy móc cùng dụng cụ cắt, khó khăn trong việc kiểm soát chưong trình, xử lý hốc kín trên chi tiết với dung sai cho phép…Tuy nhiên song song với những ưu điểm thì phương án này cũng có những khuyết điểm đặc trưng riêng: Thời gian chuẩn bị sản xuất sẽ dài, quá trình gia công sẽ phức tạp hơn. Ngoài ra với cách gia công theo contour như ở trên còn có một nhược điểm lớn đó là: nếu chúng ta cứ gia công như vậy theo suốt chiều dài của phần làm việc rãnh trượt bi với các contour là biên dạng thực của chi tiết thì khi dụng cụ cắt đạt đến một kích thước độ sâu nhất định thì sẽ xảy ra hiện tượng cắt lẹm, hay là hiện tượng những điểm cắt nằm phía dưới điểm tạo hình trên dụng cụ cắt sẽ cắt vào bề mặt làm việc của chi tiết trước khi điểm tạo hình tham gia tạo hình bề mặt cho chi tiết (Hình 3.5). Hình 3.5: Hiện tượng cắt lẹm Vì xảy ra hiện tượng cắt lẹm nên trong quá trình gia công phần làm việc ở rãnh trượt bi trên vỏ cầu Tôi phải chia ra làm 2 giai đoạn, ứng với mỗi một giai đoạn sẽ gia công một phần chiều dài ở phần làm việc (Hình 3.6). Phần thứ nhất là từ mặt đầu 2 của vỏ cầu đến mặt phẳng song song với mặt đầu 2 có chứa các tâm vòng xuyến, trong đoạn này các contour được dựng vẫn là các biên dạng thực của chi tiết cần gia công. Phần thứ 2 (phần này là phần xảy ra hiện tượng cắt lẹm) là từ mặt phẳng song song với mặt đầu 3 có chứa các tâm vòng xuyến đến mặt phẳng song song với mặt đầu 3 và cách mặt đầu 3 một khoảng là: 23,15 mm. Để gia công và tránh hiện tượng cắt lẹm đối với phần dưới của chi tiết, chúng tôi phải đi xác định một contour thực sau khi bù trừ kích thước dao để gia công mà vẫn đảm bảo được độ chính xác bề mặt của chi tiết với sự hiệu chỉnh chiều dài dụng cụ cắt . *)Phương pháp xác định biên dạng thực tránh hiện tượng lẹm dao, và độ dài dịch chỉnh dao : Bước 1: Từ tâm của rãnh trượt bi trên vỏ cầu chúng tôi nối với điểm cần tạo hình bề mặt (đây là điểm trên biên dạng chi tiết khi viết contour theo cách thức gia công trên phần thứ nhất). Bước 2: Sau đó dựng dụng cụ cắt chi tiết tiếp xúc trong với biên dạng bề mặt gia công (tâm của cung tròn dao phay nằm trên đường thẳng xác định được trên bước 1). Khi đó khoảng cách L trên hình 3.6 sẽ là độ giá trị dịch chỉnh độ dài dụng cụ cắt. Với các số liệu như thiết kế thì L= 2,83 mm. Bước 3: Xác định các đường contour thực thông qua việc offset các biên dạng thực của chi tiết với độ lớn offset là khoảng cách của điểm cần tạo hình với điểm ngoài cùng của dụng cụ cắt. Hình 3.6: Cách xác định contour thực. Về trình tự gia công đối với nguyên công này Tôi sẽ trình bày rõ trong chương 4 của đồ án. 3.2 Công nghệ gia công rãnh trượt bi trên lõi cầu. 3.2.1 Gia công rãnh trượt bi trên máy tiện. Để gia công được rãnh trượt bi trên lõi cầu bằng phương pháp tiện Tôi phải thiết kế ra một bộ đồ gá riêng cho nguyên công này (Hình 3.7). Trên đây là bản vẽ chi tiết của bộ đồ gá. Hình3.7 : Bản vẽ chi tiết lõi và nắp gá tiện. Hình3.8 : Bản vẽ chi tiết thân gá tiện Đối với bộ đồ gá trên thì chức năng chính của nó là giúp định vị và kẹp chặt chi tiết để mũi dao tiện có thể tạo hình được biên dạng rãnh trượt bi. Ngoài ra nó còn có nhiệm vụ đảm bảo sự chính xác khoảng cách góc giữa các rãnh trượt bi trên lõi cầu. Việc đảm bảo sự chính xác này thông qua quá trình chia độ được thực hiện bởi chốt phụ nhỏ nằm trên đồ gá và hệ thống các lỗ Æ2 nằm trên lõi cầu. Hình 3.9: Hình ảnh 3D bộ đồ gá cho nguyên công tiện rãnh. Trong quá trình gia công tiện rãnh phôi được lắp lên gá tiếp xúc với lõi gá ở bề mặt then hoa, tiếp xúc với thân gá và chống xoay bằng chốt phụ Æ2 . Sau đó toàn bộ cơ cấu được kẹp chặt 1 đầu bằng cơ cấu mâm cặp 3 chấu tự định tâm hạn chế 2 bậc tự do và 1 đầu chống tâm hạn chế 2 bậc tự do (Hình 3.10). Hình 3.10: Định vị và kẹp chặt chi tiết. Với bộ đồ gá như trên thì các rãnh trượt bi trên lõi cầu sẽ được gia công theo từng cặp đối xứng nhau trên mỗi lần gá. Như vậy 6 rãnh trượt bi sẽ phải gia công làm 3 lần trên 3 lần gá đặt. Sau khi hoàn thành mỗi lần gia công một cặp rãnh đối xứng, chi tiết được tháo ra và xoay đi một góc là 1200 thông qua chốt phụ Æ2 rồi lại lặp lại quá trình định vị cùng kẹp chắt như trên hình 3.10 và tiến hành gia công cặp rãnh tiếp theo. Về chương trình gia công rãnh này không có gì là phức tạp lúc này chi tiết đã được gá vào đồ gá thì đường chạy dao của dụng cụ chỉ là một cung tròn có đường kính bằng với đường kính của rãnh trượt bi trên lõi cầu Æ = 12,3 mm. Hai điểm đầu và điểm cuối được xác định theo bản vẽ chi tiết. Tuy vậy phương pháp này cũng còn một số hạn chế: aKết cấu đồ gá không cứng vững do chi tiết gá có kích thước nhỏ. aYêu cầu về thiết kế đồ gá do đó tăng thêm chi phí sản xuất. 3.2.2 Gia công rãnh trượt bi trên máy phay CNC. Hình 3.11: Bản vẽ chi tiết đồ gá trên máy phay CNC. Do bề dày của lõi cầu là 18 mm nên gia công trên máy phay CNC rất thuận lợi khi tận dụng được đồ gá tiện cầu R21,4-0,02mm trên máy tiện CNC. Do đó đảm bảo được sai số gá lắp. Mặt khác do không phải khoan 3 lỗ định vị để gia công trên máy tiện nên sẽ tăng độ cứng vững cho chi tiết (do chi tiết có kích thước nhỏ). Quá trình gia công rãnh bi chỉ cần sử dụng dao đầu bán cầu Æ = 10 mm Đồ gá được cặp trên mâm cặp 3 chấu (mâm cặp 3 chấu được cặp trên ụ phân độ) sau mỗi lần gia công xong một rãnh để gia công rãnh tiếp theo thì sẽ được ụ phân độ chia. Tuy nhiên gia công trên máy phay sẽ có những hạn chế sau: aYêu cầu chương trình gia công phức tạp. aQuá trình lập trình đòi hỏi người lập trình thành thạo. aSai số góc do đầu phân độ gây ra trong quá trình gia công các rãnh tiếp theo. aThời gian gia công lớn. Tuy nhiên trong đề tài này nhằm đảm bảo sự chính xác của chi tiết đồng thời đảm bảo độ cứng vững của đồ gá trong quá trình gia công thì Tôi vẫn sử dụng phương pháp phay trên máy phay. Hình 3.12: hình ảnh 3D đồ gá phay rãnh bi lõi cầu CHƯƠNG IV. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CNC ĐỂ GIA CÔNG RÃNH TRƯỢT BI. 4.1 Gia công rãnh trượt bi trên vỏ cầu. 4.1.1 Dụng cụ gia công. a. Dụng cụ gia công thô: Dụng cụ gia công thô là dao phay đầu bán cầu Æ10. b. Dụng cụ gia công tinh: Dụng cụ phay tinh các rãnh được chế tạo đặc biệt hơn dụng cụ gia công bán tinh bằng cách mài con dao đầu bán cầu Æ10 đi một góc thoát (Hình vẽ 4.1). Hình 4.1 : Dụng cụ cắt tinh. Điều Tôi muốn lưu ý đến đây khi nói về dụng cụ gia công tinh là với con dao tự chế như thế này thì đường kính làm việc của con dao sẽ không còn như ban đầu là Æ10mm. Vì vậy mà phải kiểm tra kích thước thực của nó trước khi đem vào gia công. Còn dụng cụ để gia công phay tinh lỗ thoát Tôi vẫn dùng con dao phay đầu bán cầu Æ10. 4.1.2 Trình tự gia công. a) Gia công thô. Quá trình gia công thô được lập trình tự động bằng máy tính với chương trình hỗ trợ là MasterCam X. Trong quá trình gia công thô mô hình chi tiết được dựng lên mà không có các hốc kín, khi ấy các rãnh bi có hình dạng là các hình trụ có kích thước đường kính và độ dài làm việc nhỏ hơn so với kích thước tinh, và độ chênh lệch về đường kính này đúng bằng lượng dư gia công bán tinh là : 2 mm. Hình 4.2: Phôi dược chuẩn bị cho nguyên công phay rãnh. Đối với nguyên công phay rãnh trượt bi thì các kích thước cầu SR = 25+0,02 mm đã được gia công tinh. Vì vậy trong quá trình gia công không được để dụng cụ ăn lẹm vào. Ở đây Tôi dùng phương thức che bề mặt, vừa để bảo vệ bề mặt tinh và vừa hạn chế những đường chạy dao thừa trong quá trình gia công. Đầu tiên Tôi xác định công nghệ gia công cho 1 rãnh riêng biệt rồi Rotate thành 6 rãnh và gia công từng rãnh một. Với phương pháp này quá trình gia công nhanh hơn rất nhiều so với để chương trình hỗ trợ tự động đọc đường chạy dao một cách hoàn toàn. Hình 4.3 : Đường chạy dao thô cho một rãnh trên MasterCam X. Trong quá trình gia công thô thì chương trình NC có đường chạy dao được viết cho cả chiều dài rãnh chạy bi, bao gồm cả phần làm việc và phần thoát bi (phần thoát bi dùng cho quá trình lắp rắp của khớp đẳng tốc RZEPPA). Hình 4.4 : Đường chạy dao thô 1 rãnh trên SIMCO V5.02. b) Gia công tinh. Khác với quá trình gia công thô trong quá trình gia công tinh sẽ chia ra làm 3 giai đoạn với 2 dụng cụ cắt, 2 giai đoạn đầu gia công phần làm việc của rãnh trượt bi với dụng cụ cắt dùng cho quá trinh cắt tinh còn giai đoạn cuối gia công phần thoát bi của rãnh trượt bi với dụng cụ dao phay đầu bán cầu. Đối với quá trình gia công phần làm việc của rãnh trượt Tôi viết chương trình riêng rẽ cho 2 giai đoạn (giai đoạn lập trình bằng đường contour thực của chi tiết và giai đoạn lập trình contour thực sau khi bù trừ kích thước dao) sau đó nối hai giai đoạn lại với nhau trong câu lệnh NC. Về cơ bản trình tự lập trình cũng như xác định các đường contour của 2 giai đoạn gia công phần làm việc của rãnh trượt bi là giống nhau và vì vậy các hình ảnh về trình tự lập trình Tôi trình bày ở đây chỉ là hình ảnh của giai đoạn lập trình với các đường contour thực trùng với biên dạng thực của chi tiết. Sau đây là trình tự 5 bước chính để gia công rãnh trượt bi trên vỏ cầu : Bước 1 : Xác định các đường Contour cho đường chạy dao trên AUTOCAD. Hình 4.5 : Contour cho đường chạy dao trên AUTOCAD. Trình tự gia công Tôi đang trình bày ở đây chính là một trong những nguyên công cuối trong quá trình chế tạo vỏ cầu của khớp đảng tốc RZEPPA. Chính vì vậy mà phôi chuẩn bị cho nguyên công phay rãnh trượt bi có tồn tại những bề mặt làm việc đã được gia công tinh. Cho nên trong quá trình đi xác định các đường contour trên AutoCAD chúng ta phải dựng lên các bề ảo trên chi tiết bằng cách thêm lượng dư vào cho các bề mặt ấy để bảo vệ các bề mặt làm việc đó (cụ thể bề mặt sẽ bị dụng cụ cắt lẹm vào ở đây là lòng cầu trong SR = 25+0,02 mm ). Bước 2 : Gọi bản vẽ các đường Contour vào Master Cam X. Sau khi có đầy đủ các thông tin cần thiết về các đường contour về biên dạng làm việc của rãnh trượt bi trên vỏ cầu cần gia công chúng ta xuất chúng vào chương trình MasterCam X. Hình 4.6: Contour cho đường chạy dao trên MasterCam. Bước 3 : Khai báo các thông số đầu vào và thiết lập đường chạy dao: Hình 4.7: Bảng thông số dụng cụ Hình 4.8:Bảng kiểu dụng cụ Ở đây Tôi vẫn khai báo dụng cụ cắt là một con dao đầu cầu có chứa các thông số thực của con dao sử dụng gia công. Vì về bản chất tạo hình trong trường hợp cắt theo contour này thì hai con dao là như nhau. Với đường kính dao đo được trong thực tế là Æ9.88 mm. Hình 4.9: Xác định đường chạy dao cho contour đầu tiên. Hình 4.10 : Xác định đường chạy dao cho tất cả các contour. Tuy nhiên để giảm khối lượng bộ nhớ chương trình đồng thời giảm thời gian viết các đường contua Tôi chỉ lập trình cho 1 rãnh sau đó dùng lệnh rotate trong Cimco Edit để gia công tất cả các rãnh còn lại. Hình 4.11: Contour cho đường chạy dao 1 rãnh trên AUTOCAD. Hình 4.12: Contour đường chạy dao 1 rãnh trên MasterCam Bước 4 : Xuất ra file NC. Sau khi hoàn thiện xong tất cả các bước thiệt lập trên và chạy thử mô phỏng gia công trên MasterCam X chúng ta phải xuất chương trình gia công ra file NC để truyên sang máy gia công điều khiẻn số CNC. Vì đây là chương trình được viết theo phương pháp giả 3D và có sự trợ giúp của máy tính do đó chương trình NC sẽ rất là dài, vì vậy Tôi chỉ in hình ảnh đại diện thể thể hiện file NC trong đề tài. Tuy nhiên vì cách lập trình gia công của chúng ta như đã nói ở trên là phải sử dụng những bề mặt ảo do người lập trình dựng lên để bảo về các bề mặt đã được gia công tinh ở những nguyên công trước của chi tiết. Do đó trong quá trình gia công sẽ có những đoạn mà dụng cụ cắt vẫn chạy với chế độ cắt phôi, nhưng trong thực tế thì dụng cụ cắt chạy không trong không khí. Ngoài ra do cách lập trình là lập trình theo các đường contour nên ứng với mỗi contour sẽ là một lần xuống dao và rút dao về gốc (máy tự xác định) như thế sẽ mất rất nhiều thời gian thừa không có ích cho quá trình gia công. Chính vì vậy mà đối với chương trình gia công NC này Tôi có cho thêm vào một bước gia công nữa đó là : “Bước hiệu chỉnh chương trình NC “. Hình 4.13 : Chương trình gia công NC. Bước 5 : Hiệu chỉnh chương trình NC. Hình 4.14 : Đường chay dao trước khi hiệu chỉnh Bất kể một chương trình nào được lập trình bằng máy khi đem vào sản xuất thực thì quá trình hiệu chỉnh luôn luôn là cần thiết. Như ta thấy trên hình vẽ các đường chạy dao còn có phần bị lỗi có thể là do người lập trình bị lỗi trong quá trình gia công nhưng ở đây nguyên nhân chính là vì chương trình MasterCam X đọc bị lỗi. Có nhiều cách để tìm được lỗi này và giải pháp mà chúng tôi lựa chọn là sử dụng chương trình SIMCO V5.02 để sửa lỗi và hiệu chỉnh đường chạy dao cũng như tăng tốc độ chạy dao không và tốc độ chạy dao trên bề mặt ảo mà trong quá trình thiết kế phải cho thêm vào. Với quá trình hiệu chỉnh như trên thì thời gian gia công tinh rẵnh trượt bi đã giảm gần 50% cho mỗi một chi tiết vỏ cầu. Hình 4.15: Đường chay dao sau khi hiệu chỉnh. Như trên hình vẽ 4.15 có thể thấy rõ không còn đường chạy dao hỏng và số lần rút dụng cụ cũng như số lần xuống dụng cụ nhanh đã giảm đi chỉ còn lại một 1 đường duy nhất. Hành trình chạy không của máy đã giảm rất nhiều do chương trình gia công xong một rãnh mới gia công tiếp đến rãnh tiếp theo do đó rất tiết kiệm thời gian. Ta sẽ tổng hợp lại phần thực và phần ảo được một chương trình hoàn hảo với sử dụng lệnh rotate của Cimco. Hình 4.16: Chương trình hoàn chỉnh Sau khi có file NC đã được hiểu chỉnh thì được lưu lại và xuất sang máy gia công bằng chương trình SIMCO V5.02. Trong quá trình xuất sang máy gia công thì chương trình SIMCO V5.02 sẽ kiểm tra lại một lẫn nữa các lỗi cú pháp NC có thể phát sinh trong quá trình hiệu chỉnh hoặc trong quá trình MasterCam X tính toán. Hình 4.17: Truyền dữ liệu sang máy gia công c) Phay lỗ thoát : Nguyên công phay lỗ thoát giống với nguyên công phay thô ở điểm vì nó không bị vướng vào các bề mặt âm nên chúng ta có thể sử dụng luôn chương trình MasterCam X để lập trình. Mặt khác các thông số về vận tốc chạy dao, bước tiến dao… thì thiết lập theo quá trình gia công tinh rãnh bi. Ở đây Tôi chỉ đưa ra hình ảnh chạy dao của nguyên công này : Hình 4.18: Quá trình thiết kế trên MasterCam Hình 4.19: Chương trình gia công rãnh thoát Hình 4.20: Gia công rãnh bi trên vỏ cầu. 4.2 Gia công rãnh trựơt bi trên lõi cầu 4.2.1 Dụng cụ gia công Quá trình gia công dùng dao đầu bán cầu Æ10 để gia công. Hình 4.21: Dao phay bán cầu. 4.2.2 Trình tự gia công Sau khi gia công xong 1 rãnh bi để gia công tiếp rãnh bi tiếp theo thì Tôi sử dụng đầu phân độ quay đi 1 góc 600 để gia công rãnh tiếp theo. Do chương trình NC rất dài nên Tôi chỉ đưa ra hình ảnh đại diện trong quá trình thiết lập các thông số kĩ thuật để gia công chi tiết. Hình 4.22 : Quá trình thiết kế trên MasterCam. Hình 4.23: Thông số kĩ thuật của dao và tốc độ cắt. Hình 4.24: Thông số kĩ thuật của đường contour. Hình4.25: Chương trình cắt sau khi truyền sang Cimco. Quá trình gia công rãnh bi trên lõi cầu: Hình 4.26 : Gia công rãnh bi trên lõi cầu. ĐÁNH GIÁ VÀ KIẾN NGHỊ. Đánh giá: Đề tài đã đi đúng hướng, chọn được phương pháp gia công hợp lý cũng như đối tượng cần nghiên cứu. Quá trình nghiên cứu đã kết hợp chặt chẽ với cơ sở sản xuất cũng như thu thập, học hỏi các tài liệu khoa học tiên tiến từ nước ngoài. Tuy nhiên vì điều kiện cơ sở sản xuất còn nhiều hạn chế nên các chi tiết được chế tạo với phương pháp trên còn có nhiều sai số nảy sinh thêm trong quá trình sản xuất đó là: aQuá trình gia công rãnh bi trên vỏ cầu: do quá trình là giả 3D lập trình bằng tay gia công theo từng lớp một do đó bề mặt sản phẩm sẽ có dạng nhấp nhô bậc thang độ bóng không đạt được theo yêu cầu. Mặt khác trong quá trình gia công dụng cụ cắt sẽ tạo hình bề mặt theo từng lớp và lưỡi cắt chỉ được tạo hình bằng một điểm trực tiếp trên dụng cụ cắt do đó lưỡi cắt nhanh mòn gây ra sai số gia công. aSai số sai lệch về vị trí tương đối của các rãnh bi trên lõi cầu do đầu phân độ gây nên trong quá trình phay rãnh bi. aSai số truyền động: Do yêu cầu truyền động trục Các Đăng trong máy mài cần độ chính xác cao tuy nhiên những sai số nêu trên gây ra khe hở làm xuất hiện các sai số trong truyền động, mặt khác truyền động này là truyền động lắc qua lại nên ảnh hưởng lớn tới chất lượng bề mặt dao xọc. Kiến nghị: Do thời gian có hạn nên sau khi hoàn thiện sản phẩm chưa thể đánh giá được các sai số chế tạo và sai số truyền động của khớp Các Đăng đẳng tốc Rzeppa nên Tôi đề nghị cần có một đề tài nghiên cứu về các sai số do truyền động Các Đăng gây nên. TÀI LIỆU THAM KHẢO Đinh Gia Tường, Tạ Khánh Lâm (1992), Nguyên lý máy - tập1, NXB Giáo Dục, Hà Nội. PGS.TS Trần Vĩnh Hưng, Th.S Trần Ngọc Hiền (2007), MasterCam phần mềm thiết kế công nghệ CAD/CAM điều khiển các máy CNC, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật. TS Nguyễn Hữu Lộc, Nguyễn Trọng Hữu (2006), Thiết kế sản phẩm với Autodesk Inventor, NXB Tổng Hợp TP. Hồ Chí Minh. GS.TS Trần Văn Địch (2007), Thiết kế đồ án Công Nghệ Chế Tạo Máy, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật. Jesse Song (2000), “ Hertz stress variation of RZEPPA joint due to manufacturing inaccuracy”, Holland. PHỤ LỤC HÌNH ẢNH Hình 5.1: Gia công rãnh bi trên vỏ cầu Hình 5.2: Gia công rãnh thoát bi trên máy phay. Hình 5.3: Gia công mặt cầu ngoài trên vòng cách Hình 5.4: gia công mặt cầu trong trên vòng cách Hình 5.5: Phay các cửa sổ trên vòng cách. Hình 5.6: Sản phẩm sau khi gia công. Hình 5.7: Hình ảnh trục Rzeppa ứng dụng trên máy mài MAGG-HSS30.