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

Tạp chí Đại học Công nghiệp 
11 
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ TRUYỀN 
TRỤC VÍT – BÁNH VÍT TRÊN MÁY CNC 
 Trần Xuân Tùy* 
 Hồ Thanh Hoàng** 
TÓM TẮT 
 Bài báo này trình bày phương pháp tính toán, thiết kế và gia công bộ truyền trục vít-bánh vít 
trên máy CNC. Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor 2010 để thiết kế bộ truyền trục vít - bánh vít. 
Từ dữ liệu thiết kế thực hiện việc lập trình và mô phỏng gia công bộ truyền bằng phần mềm 
Mastercam X5. Sau đó xuất chương trình gia công dưới dạng mã M, G Code sang máy CNC để 
thực hiện gia công bộ truyền trục vít - bánh vít trên máy CNC. 
RESEARCH DESIGN AND MACHINING THE WORM WHEEL 
 ON THE CNC MACHINE 
 SUMMARY 
 The article present the calculation, design and machined technique the worm wheel on the 
CNC machine. Using the Autodesk Inventor 2010 software to design the worm wheel. From the 
above design data, programming and illustrating by the Mastercam X5 software. Finally, export the 
machined program under the M, G code to CNC machine to machined the worm wheel. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
 Bộ truyền trục vít - bánh vít là một trong 
các loại truyền động được sử dụng rộng rãi 
trong các máy móc thiết bị nói chung. Loại bộ 
truyền này thường được chế tạo trên các máy 
chuyên dùng. 
 Ở Việt Nam hiện chưa có nhà máy 
chuyên sản xuất các hộp giảm tốc mà các hộp 
giảm tốc chủ yếu là nhập từ nước ngoài. Tuy 
nhiên, khi hư hỏng thì phải thay thế hộp giảm 
tốc, như vậy sẽ rất tốn kém (đặc biệt đối với 
những hộp giảm tốc có kích thước lớn). Để đáp 
ứng nhu cầu phụ tùng thay thế bộ truyền của 
hộp giảm tốc nói chung và bộ truyền trục vít - 
bánh vít nói riêng thì việc nghiên cứu chế tạo 
đơn chiếc trên máy CNC là hết sức cần thiết. 
2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 
2.1. Giới thiệu bộ truyền trục vít - 
bánh vít 
 Bộ truyền trục vít - bánh vít, gọi tắt là bộ 
truyền trục vít, được xếp vào loại truyền động 
răng - vít, kết hợp giữa bộ truyền bánh răng và 
vít. Bộ truyền trục vít thường dùng để truyền 
chuyển động và công suất giữa hai trục vuông 
góc với nhau trong không gian, hoặc chéo nhau 
và góc giữa hai trục thường là 90o, hình 1. 
 Bộ truyền trục vít - bánh vít có 2 bộ phận 
chính: Trục vít dẫn 1, có đường kính d1, trục vít 
thường làm liền trục với trục dẫn I, quay với số 
vòng quay n1, công suất truyền động P1, mô men 
xoắn trên trục T1. Bánh vít bị dẫn 2, có đường 
kính d2, được lắp trên trục bị dẫn II, quay với số 
vòng quay n2, công suất truyền động P2, mô men 
xoắn trên trục T2. 
* PGS.TS. Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng 
** GV. Trường Đại học Công nghiệp Tp. Hồ Chí Minh. Cơ sở Quảng Ngãi 
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ truyền 
12 
 Hình 1. Bộ truyền trục vít-bánh vít 
 a- Bộ truyền trục vít; b- Hộp giảm tốc trục vít - bánh vít. 
2.2. Tính toán các thông số cơ bản của 
bộ truyền trục vít 
 Hộp giảm tốc trục vít - bánh vít với các số 
liệu cần thiết kế như sau: Công suất P2 = 5kW, 
số vòng quay bánh vít n2 = 33,7 vòng/phút, số 
vòng quay trục vít n1 = 915 vòng/phút. Bộ 
truyền quay 1 chiều, tải trọng thay đổi không 
đáng kể. 
 a) b) 
 Hình 2. Các thông số hình học của bộ truyền trục vít 
 a- Trục vít Archimede; b- Kích thước bộ truyền trục vít 
 Chọn số mối ren trên trục vít Z1 = 1. 
 Tỷ số truyền: 15,27
7,33
915
2
1
1
2 ====
n
n
Z
Zu 
 Ta tính số răng trên bánh vít Z2 = u.Z1 = 
27,15.1 = 27,15. Để không xảy ra hiện tượng cắt 
chân răng [3] thì Z2 > Zmin = 26 (răng) nên chọn 
Z2 = 28 (răng). 
 Khoảng cách trục chọn theo tiêu chuẩn 
[4],[5]: aw = 63. Theo tiêu chuẩn để thỏa mãn 
điều kiện: 0,22 ≤ q/Z2 ≤ 0,4 [5] thì chọn hệ số 
đường kính q =10. 
 Mô đun: 32,3
)1028(
63.2
)(
.2
2
=+=+= qz
am w , theo 
tiêu chuẩn [4] chọn m = 3,15 mm. 
 Tính các kích thước chính của bộ truyền theo 
bảng 1. 
Tạp chí Đại học Công nghiệp 
13 
Bảng 1 
Thông số hình học Công thức tính toán 
TRỤC VÍT 
Đường kính vòng tròn chia d1= q.m = 10.3,15 = 31,5 mm. 
Đường kính vòng tròn đỉnh da1 = dc1 + 2f0.m = 37,8 mm. 
Đường kính vòng tròn chân ren df1 = dc1 – 2f0.m – 2c0.m = 23,94 mm. 
Góc nâng ren vít tgλ = Z1/q = 1/10 = 0,1 ⇒ λ = 5071’ 
Bước ren trục vít t = π.m = 3,14.3,15 = 9,89 mm 
Chiều dài phần cắt ren B1 ≥ (11+0,06.Z2).m =(11+ 0,06.28).3,15 = 39,942 mm. 
BÁNH VÍT
Đường kính vòng tròn chia d2 = Z2.m = 28.3,15 = 88,2 mm. 
Đường kính vòng tròn đỉnh da2 = (Z2+2f0+2ξ).m = (28+2.1 +2.0).3,15=94,5 mm. 
Đường kính vòng tròn chân răng df2 = m(Z2 – 2,4) = 3,15(28-2,4) = 80,64 mm. 
Đường kính vòng tròn lớn nhất da2max ≤ de2 + 2.m = 94,5 + 2.3,15 = 100,8 mm. 
Chiều rộng bánh vít B2 ≤ 0,75.de1 = 0,75.37,8 = 28,35 mm. 
2.3. Thiết kế bộ truyền trục vít bằng 
phần mềm Autodesk Inventor 2010 
2.3.1. Thiết kế trục vít trên phần mềm 
Autodesk Inventor 2010 
 Theo phương pháp tính toán ở trên ta có 
được các kích thước chính của trục vít ta tiến 
hành thiết kế trục vít theo trình tự như sau: 
Bước 1: Tạo phôi trục vít phần cắt ren 
 Sử dụng các lệnh Circle, Extrude, Chamfer, 
vẽ được khối trụ, hình 3. 
Hình 3. Tạo phôi cho trục vít phần cắt ren 
Bước 2: Tạo ren trên trục vít 
 - Vẽ phác Sketcher biên dạng dao cắt ren có 
kích thước, hình 4. 
Hình 4. Biên dạng dao cắt ren trục vít 
 - Sau khi vẽ xong biên dạng Sketcher, chọn 
lệnh Coil để cắt ren, nhập vào các thông số 
bước ren, số vòng trục vít, hướng cắt ren, 
hình 5. 
Hình 5. Nhập thông số ren của trục vít 
Bước 3: Thiết kế hoàn chỉnh trục vít liền trục 
 Vẽ các bậc trục vít bằng lệnh Circle, 
Extrude, bo tròn và vát góc tại bậc hạ trục và 
đầu góc hình trụ của trục vít bằng các lệnh 
Fillet, Chamfer ta được kết quả, hình 6. 
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ truyền 
14 
Hình 6. Trục vít liền trục hoàn chỉnh 
2.3.2. Thiết kế bánh vít trên phần mềm 
Autodesk Inventor 2010 
 Theo phương pháp tính toán ở trên ta có 
được các kích thước chính của bánh vít ta tiến 
hành thiết kế bánh vít theo trình tự như sau: 
Bước 1: Dựng hình phôi cho bánh vít 
 Sử dụng lệnh Line, Circle, Revolve, dựng 
hình phôi cho bánh vít như hình 7. 
Hình 7. Tạo phôi cho bánh vít 
Bước 2: Vẽ biên dạng thân khai 
 - Sử dụng lệnh Manage / Parameters để 
khai báo và thiết lập biến kích thước, hình 8. 
Hình 8. Khai báo và thiết lập biến kích thước 
 - Sử dụng các lệnh Circle, Spline, Copy ta dựng được biên dạng đường thân khai, hình 9. 
Hình 9. Dựng hình biên dạng thân khai của bánh vít 
Tạp chí Đại học Công nghiệp 
15 
- Sử dụng lệnh Line, dựng đường thẳng 
trùng với đường lấy đối xứng của đường thân 
khai và gán kích thước bằng khoảng cách trục 
giữa trục bánh vít và trục vít. Sau đó, dựng 
đường thẳng vuông góc với đường thẳng vừa 
tạo ta sẽ tạo được đường center line làm trục 
quay để cắt biên dạng răng thân khai bằng lệnh 
Revolve - Cut ta được kết quả như hình 10. 
Hình 10. Biên dạng thân khai 1 răng của 
bánh vít 
Bước 3: Tạo 28 răng cho bánh vít 
 Chọn lệnh Circular Patten: Feature là rãnh 
răng vừa vẽ, trục xoay là trục z, số lượng 
Placement = 28 ta được kết quả, hình 11. 
Hình 11. Tạo 28 răng cho bánh vít 
Bước 4: Thiết kế hoàn thiện bánh vít 
 Sử dụng các lệnh Circle, Rectangle, 
Extrude, Chamfer, Fillet vẽ lỗ trục, rãnh then, 
vành biên bánh vít ta được bánh vít biên dạng 
thân khai hoàn chỉnh, hình 12. 
HHình 12. Bánh vít biên dạng thân khai 
hoàn chỉnh 
2.3. Lập trình gia công bộ truyền trục 
vít bằng phần mềm Mastercam X5 
2.3.1. Mô phỏng gia công bánh vít 
 * Lập trình gia công bánh vít sử dụng chu 
trình Surface Rough\Flowline kết quả mô 
phỏng gia công bánh vít, hình 13. 
Hình 13. Mô phỏng gia công bánh vít 
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ truyền 
16 
* Chương trình gia công bánh vít. 
2.3.2. Mô phỏng gia công trục vít 
* Gia công trục vít sử dụng chu trình G78 
lập trình trực tiếp trên máy tiện CNC. Kết quả 
mô phỏng gia công trục vít, hình 14. 
Hình 14. Mô phỏng gia công trục vít 
* Chương trình gia công trục vít 
 2.4. Gia công bộ truyền trục vít - bánh 
vít trên máy CNC 
 Sau khi lập trình mô phỏng gia công bộ 
truyền trục vít - bánh vít bằng phần mềm 
Mastercam X5 ta chọn vật liệu gia công, chế độ 
cắt, dụng cụ cắt rồi tiến hành gia công trục vít 
- bánh vít trên máy tiện CNC 3 trục EMCO 
Concept Turn 250 và máy phay CNC 4 trục 
EMCO Concept Mill 155 tại Viện công nghệ 
Cơ khí và tự động hóa, trường Đại học Bách 
Khoa, Đại học Đà Nẵng, hình 15. 
O1111 (Chương trình chính ) 
N100 G90 G54 
N102 G0 Q0 
N104 M98 P281112 
N106 M5 
N108 G91 G28 Z0. 
N110 G28 X0. Y0. 
N112 M30 
O1112 ( Chương trình con) 
N100 T4 M6 G43 H4 
(Gia công thô) 
N102 S2000 M3 
N104 G0 X0 Y0 Z60 
N106 G91 G0 Q12.857 
N108 G90 G0 Z52 
N110 X5.726 Y-4.74 
.. 
N4188 T8 M6 G43 H8 
(Gia công tinh) 
N4190 S3000 M3 
N4192 G0 X5.748 Y.839 Z60 
N4196 G1 Z48.274 F150. 
N4198 X5.912 Y.764 F300. 
N4200 Z48.269 
N4202 X5.466 Y.818 Z48.036 
N4204 X4.854 Y.891 Z47.755 
N4206 X4.22 Y.964 Z47.506 
N4208 X3.566 Y1.039 Z47.291 
N4210 X2.896 Y1.113 Z47.113 
N4212 X2.41 Y1.166 Z47.009 
................ 
N1428 G1 Z48.037 F150. 
N1430 G0 Z70 
N1438 M99 
O1113 
N5 G90 
N10 T0909 
N15 G97 S1 M3 
N20 G0 X37.8 Z10 
N25G78 P201060 Q100 R1 
N30G78 X23.94 Z-80 R0 P6930 Q150 F9.9 
N30 G0 X30 
N35 Z20 
N40 M30 
Tạp chí Đại học Công nghiệp 
17 
 a) b) 
Hình 15. Gia công bộ truyền trục vít trên máy CNC 
 a- Gia công trục vít trên máy tiện CNC 3 trục 
 b- Gia công bánh vít trên máy phay CNC 4 trục 
3. KẾT LUẬN 
 Đã hoàn thiện phương pháp tính toán và 
thiết kế bộ truyền trục vít trên phần mềm 
Autodesk Inventor 2010 bằng phương trình tham 
số. 
 Nghiên cứu xây dựng trình tự gia công, 
lập chương trình và mô phỏng gia công bằng 
phần mềm Mastercam X5. Kết quả là đã gia 
công được bộ truyền trục vít đạt yêu cầu kỹ 
thuật đưa ra, hình 16. 
 Với kết quả này có thể áp dụng để thiết 
kế, chế tạo các bộ truyền trục vít phục vụ cho 
nhu cầu phụ tùng thay thế ở thực tế sản xuất. 
Hình 16. Sản phẩm hoàn thành sau khi gia 
công trên máy CNC 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Lê Cung (2007), Bài giảng Nguyên lý máy, Trường Đại học Bách khoa - Đà Nẵng. 
[2] Nguyễn Trọng Hiệp (2003), Chi tiết máy, tập 1, 2, Nhà xuất bản Giáo dục. 
[3] Nguyễn Trọng Hiệp - Nguyễn Văn Lẫm (2002), Thiết kế chi tiết máy, NXB Giáo dục. 
[4] Nguyễn Hữu Lộc (2008), Cơ sở thiết kế máy, Trường Đại học Bách khoa – Tp.HCM. 
[5] Nguyễn Văn Yến, (2005), Giáo trình chi tiết máy, Nhà xuất bản Giao thông vận tải. 
[6] Nguyễn Văn Yến - Ngô Tấn Thống (2004), MasterCam lập trình CNC nâng cao, Nhà xuất bản 
Giao thông vận tải.