Нарезание резьбы на токарном станке относится к тем операциям, для которых могут быть использованы различные инструменты. Решают эту задачу чаще всего с помощью резца. Помимо него используют также метчики, плашки, рабочие головки специального назначения. Кроме того, на токарных станках такую операцию можно выполнять по технологии накатки.
Процесс нарезания резьбы на токарном станке резцом
Нарезание резьбы с использованием токарного оборудования
При нарезании резьбы на заготовке, установленной на токарном станке, с помощью резца такой процесс выглядит следующим образом: инструмент, перемещающийся вдоль оси вращающейся детали (движение подачи), своей заостренной вершиной прочерчивает на ее поверхности линию винтового типа. Характерным параметром винтовой линии, формируемой резцом на поверхности заготовки, является угол ее подъема или увеличения. Величина данного угла, измеряемого между касательной, расположенной к винтовой линии, и плоскостью, которая перпендикулярна оси вращения детали, определяется:
- величиной подачи режущего инструмента, перемещающегося вдоль оси заготовки;
- частотой, с которой вращается деталь.
Не менее важным параметром винтовой линии является ее шаг, который характеризует расстояние между ее соседними витками. Измеряется это расстояние по оси обрабатываемой детали.
Перемещаясь вдоль оси вращающейся заготовки, резец врезается в нее и создает винтовую поверхность, которую и принято называть резьбой. Элементы с резьбовой поверхностью используют для решения различных задач: обеспечения перемещения элементов друг относительно друга, их сочленения и уплотнения формируемых соединений.
Поверхность заготовки с резьбой может быть цилиндрической и конической. На характеристики резьбового соединения значительное влияние оказывает профиль резьбы, то есть ее контур в плоскости. Выделяют профили:
- треугольные;
- трапецеидальные;
- прямоугольные;
- упорные;
- круглые.
Резьба на поверхности детали может быть сформирована одной винтовой ниткой (однозаходная) или несколькими (многозаходная). Если нарезают несколько винтовых ниток, то их располагают эквидистантно по отношению друг к другу.
Посчитать количество ниток можно в начале резьбовой поверхности. Многозаходная резьба, кроме шага, характеризуется таким параметром, как ход. Это расстояние, измеряемое между двумя однотипными точками двух соседних витков, которые сформированы одной ниткой. Измеряется такое расстояние по линии, располагающейся параллельно оси резьбовой детали. У однозаходной резьбы, сформированной одной ниткой, ход равен шагу, а для многозаходной его можно вычислить, если умножить шаг на количество заходов.
Применение резцов
Для нарезания резьбы с помощью токарного станка необходимы резьбонарезные резцы. Изготавливаются они из быстрорежущей стали, а требования к их характеристикам оговариваются соответствующим ГОСТом (18876-73). По конструкции такие резцы подразделяются на следующие типы:
- призматические;
- стержневые;
- круглые (дисковые).
Винтовая резьбовая канавка на поверхности заготовки нарезается резцом отогнутой или прямой формы, а для формирования резьбы внутреннего типа требуются прямые и изогнутые инструменты, которые фиксируют в специальной оправке. Вершина токарного резца, которой и выполняется нарезание витков, должна иметь конфигурацию, полностью соответствующую профилю формируемой резьбы.
Резцы для нарезания резьбы: а — стержневой; б — призматический многопрофильный; в — призматический однопрофильный; г — дисковый многопрофильный; д — дисковый однопрофильный; е — дисковый для внутренней резьбы; α — задний угол; γ — передний угол; φ — угол заборного конуса; h — высота установки оси резца
При формировании резьбы резцом следует учитывать ряд особенностей такой технологии.
- Передний угол токарного инструмента для нарезания резьбы зависит от характеристики материала, подвергаемого обработке. Выбирать такой угол можно в достаточно широких пределах: 0–25 0 . Так, если резьба с помощью станка нарезается на заготовках из обычных сталей, передний угол должен составлять 0 градусов, для высоколегированных сталей, которые хорошо противостоят температурным нагрузкам, передний угол может составлять 5–10 0 . Он может быть тем больше, чем выше вязкость материала, и тем меньше, чем выше твердость и хрупкость металла, из которого выполнена обрабатываемая на станке заготовка.
- Вершина токарного резца, которая формирует винтовую линию на заготовке, должна иметь форму, идентичную профилю резьбы.
- Задние боковые углы инструмента выбираются такими, чтобы поверхности резца, которыми они сформированы, не терлись о только что сформированную винтовую канавку. Обычно эти углы с обеих сторон токарного резца делают одинаковыми. Если угол подъема, которым характеризуется резьба, составляет менее 4 градусов, то такие углы выбирают в пределах 3–5 0 , если больше 4 0 , то 6–8 градусов.
- Резьбу внутреннего типа нарезают в уже подготовленных отверстиях, которые получены расточкой или сверлением.
Заготовки, которые сделаны из стали, обрабатывают на токарном станке при помощи инструментов с пластинами, выполненными из твердых сплавов Т15К6, Т14К8, Т15К6, Т30К4. Если деталь изготовлена из чугуна, то для нарезания резьбы на ней используют инструмент с пластинами из следующих марок твердых сплавов: ВК4, В2К, ВК6М, ВК3М.
Технология использования метчиков и плашек
При помощи метчиков, представляющих собой винт с несколькими продольными канавками, которые формируют режущие кромки и способствуют отводу стружки, на токарном станке нарезают преимущественно метрические резьбы в отверстиях небольшого диаметра. Если для нарезания резьбы используются машинные метчики, то операция выполняется за один проход.
Машинные метчики отличаются от обычных тем, что они состоят из двух частей – заборной и калибровочной. Если для нарезания резьбы с помощью токарного станка используются обыкновенные метчики, то технология выполнения этого процесса предполагает применение набора инструментов. Набор для нарезания внутренней резьбы включает в себя три типа метчиков: черновой, который выполняет 60% работы, получистовой (30%), чистовой (10%). Иногда в таком наборе может быть два инструмента: черновой, выполняющий 75% работы, и чистовой, на который приходится 25% работы. Чтобы отличить черновой метчик от чистового, достаточно посмотреть на его заборную часть: она у него значительно длиннее, чем у чистового.
Конструкция метчика для нарезания резьбы
Скорость нарезания резьбы на токарном станке с использованием метчиков может быть достаточно высокой:
- 6–22 м в минуту – для деталей, изготовленных из чугуна, бронзы и алюминия;
- 5–12 м в минуту – для стальных заготовок.
При помощи плашек, представляющих собой кольцо с внутренней резьбой и несколькими стружечными канавками, наружную резьбу делают на винтах, болтах и шпильках. Поверхность детали должна быть предварительно обточена на величину требуемого диаметра, который обязательно должен учитывать допуск:
- 0,14–0,28 мм – для резьбы, диаметр которой составляет 20–30 мм;
- 0,12–0,24 мм – для резьбы с диаметром 11–18 мм;
- 0,1–0,2 мм – для резьбы, имеющей диаметр 6–10 мм.
Плашки, которыми нарезается наружная резьба, закрепляются в специальном патроне (плашкодержателе), расположенном в пиноли задней бабки токарного станка.
Плашки для нарезания резьбы
Используя плашки, резьбу нарезают со следующими скоростями (их настройка также учитывает минимальный износ инструмента в ходе работы):
- 10–15 м в минуту – на изделиях, выполненных из латуни;
- 2–3 м в минуту – на чугунных деталях;
- 3–4 м в минуту – на заготовках из стали.
Чтобы плашка беспрепятственно зашла на деталь, на торце последней снимают фаску, по высоте совпадающую с высотой профиля резьбы.
Применение резьбонарезных головок
При нарезании резьбы с применением токарных станков к специальным головкам обращаются значительно реже, чем к вышеописанным инструментам. Использоваться такие головки могут для нарезания резьбы любого типа. Их рабочими элементами являются гребенки: призматические применяются, когда нужно нарезать внутреннюю резьбу, для нарезания наружной необходимы радиальные, круглые и тангенциальные. Особенность таких головок заключается в том, что их рабочие органы автоматически расходятся при совершении обратного хода, таким образом, они не контактируют с только что нарезанной резьбой.
Гребенки для нарезания резьбы
Гребенки для нарезания внутренней резьбы (их количество в комплекте может быть различным) выполняются с заходным конусом. При нарезании наружной резьбы преимущественно используются гребенки круглого типа, которые отличаются простотой своей конструкции. Кроме того, гребенкам такого типа свойственна высокая стойкость, их можно неоднократно перетачивать, приводя их геометрические параметры к первоначальным значениям.
В том случае, если на токарном станке необходимо нарезать винтовую поверхность на червяках или винтах, отличающихся большой длиной, то резьбонарезные головки фиксируют на суппорте станка, что способствует повышению производительности технологического процесса. Оснащаться такие головки могут как обычными резцами, так и инструментом чашечного типа.
Понять технологию нарезания резьбы при помощи токарного станка можно по видео, на котором хорошо видно, как осуществляется этот процесс. Ниже приведено несколько видео, на которых запечатлен процесс изготовления резьбы разными способами.
Широко распространенным элементом деталей машин является наружная и внутренняя резьбы
В машиностроении применяются крепежные резьбы с треугольным профилем, ходовые с прямоугольным и трапецеидальным профилем и конические резьбы.
Нарезание резьбы производится резцами (неподвижными и вращающимися), гребенками, плашками, резьбонарезными головками, резьбовыми фрезами и метчиками, отделочная обработка резьбы – шлифовальными кругами. Широко применяется изготовление резьбы методом пластической деформации – накатывания плашками и роликами.
Нарезание резьбы резцами
Нарезание резьбы резцами производится на токарно-винторезных станках. Деталь, установленная в патроне или центрах, вращается, а резец, закрепленный в резцедержателе, перемещается вдоль образующей резьбы, причем эти движения строго согласованы: за один оборот детали резец перемещается на величину шага резьбы. Движение суппорта при нарезании резьбы передается от ходового винта, который через коробку передач соединен со шпинделем (передаточное отношение равно отношению шага нарезаемой резьбы к шагу ходового винта).
Применяются плоские, тангенциальные и дисковые однопрофильные или многопрофильные (гребенки) резцы (рисунок 1). Профиль резца соответствует профилю впадины резьбы. Для предотвращения искажения профиля резьбы обычно затачивают с передним углом, равным нулю, и устанавливают так, чтобы передняя грань находилась на высоте центров.
Подача резца производится двумя способами: перпендикулярно оси детали (рисунок 2 а), причем резец работает всем профилем, и параллельно образующей резьбы (рисунок 2б); в этом случае резец работает одной режущей кромкой.
При нарезании резьбы с крупным шагом предварительную обработку производят прорезным резцом с углом профиля, отличающимся от угла профиля резьбы на 5-10?.
На токарных станках производят нарезание резьбы на длинных деталях или в тех случаях, когда резьба должна быть строго концентрична с другими поверхностями, обрабатываемыми в этой же установке. Производительность труда при этом невысокая, так как нарезание производится в пять-десять и более проходов, много времени затрачивается на обратный ход и установку резца на размер. Кроме того, эта работа выполняется рабочими высокой квалификации и требует напряженного внимания, особенно при нарезании внутренней резьбы. На точных станках возможно нарезание резьбы первого класса точности.
На токарных и резьбонарезных станках производится нарезание резьбы вращающимися резцами – вихревое или охватывающее нарезание. Для этого на суппорте станка устанавливают приспособление с головкой, приводимой во вращение от электродвигателя. Головку устанавливают под углом, равным углу подъема резьбы. В головке размещены резцы для нарезания резьбы (рисунок 3). Деталь закрепляют в центрах или патроне. Скорость вращения детали меньше скорости вращения резцом. Головка вращается с числом оборотов, обеспечивающим скорость резания 100-300 м/мин, и перемещается вместе с суппортом на величину шага резьбы за один оборот детали. Нарезание резьбы производится за один проход. Вихревое нарезание применяется для обработки резьбы не выше второго класса точности и для предварительного нарезания крупной резьбы на длинных деталях.
Материал статьи написан на основе литературного источника "Технология производства двигателей внутреннего сгорания" М. Л. Ягудин
Нарезание резьбы резцом на токарном станке является наиболее производительным и эффективным способом обработки резьбы, он обеспечивает высокое качество поверхности резьбы.
Помним и применяем:
1. Подача равна шагу резьбы.
2. Для нарезания резьбы на нержавеющей стали и других материалах, склонных к наклёпу, не выбираем слишком малые глубины резания.
3. Резьбу с большим шагом сначала точим обычными токарными пластинами треугольными, а на чистовом проходе используем резьбовую пластину, для повышения стойкости резьбовых пластин. При черново_й разгрузке применяем наиболее подходящее врезание (одностороннее боковое, двухстороннее боковое, радиальное врезание).
4. Использует пластины с полным профилем, так как они обеспечивают максимальную производительность. Иногда имеет смысл брать многозубые пластины для еще большей производительности, но необходима повышенная жесткость системы.
5. Применяем СОЖ желательно под давлением (10…70 бар). Для эвакуации стружки, охлаждения, смазки, снижения трения, повышения качества поверхности резьбы и повышения стойкости инструмента для нарезания резьбы на токарном станке.
6. Преимущественно применяем одностороннее боковое врезание, так как обеспечивает_ся лучшее стружкодробление, процесс напоминает простое точение, высокое качество обработки.
7. Стараемся снизить вибрации путем: минимальный вылет инструмента, жесткие инструменты, разумное кол-во проходов и глубина врезания.
8. Следим, чтобы вершина резца точно была настроена по центру заготовки.
9. Крепление пластин с помощью динамометрического ключа. Нельзя перетягивать или не дотягивать винты крепления пластин. Момент затяжки смотреть в каталоге инструментов.
10. Следим за стружкодроблением, не допускаем наматывания стружки на инструмент, особенно на токарных автоматах, где нет контроля оператора.
12. При нарезании внутренней резьбы на токарном станке обеспечиваем безпрепятственный выход стружки, желательно внутренний подвод СОЖ.
13. При нарезании внутренней резьбы желательно работать от патрона, это обеспечит выход стружки из отверстия.
14. Направление подачи от патрона или к патрону не влияет на качество резьбы.
15. Не забываем добавлять припуск на диаметр 0,03…0,07 мм на радиус при работе пластиной с полным профилем.
16. Используем твердосплавные оправки при большом вылете инструмента, а также антивибрационные оправки, особенно при внутреннем нарезании резьбы с большим вылетом.
Инструменты для нарезания резьбы на токарном станке
В основном используются резцы со сменными твердосплавными пластинами для нарезания резьбы. Давайте рассмотрим основные типы резьбовых пластин. На сегодняшний день применяются три типа резьбовых пластин.
Пластины с полным профилем
Обеспечивают высокопроизводительное нарезание резьбы, являются частым выбором, они:
1. Полностью формируют профиль резьбы и впадину, и вершину, и радиусы на вершине и впадине резьбы. Поэтому данные пластины гарантированно выдерживают все параметры резьбы и обеспечивают требуемую прочность. Обеспечивают более высокое качество резьбы.
18. Так как пластина обрабатывает вершину резьбы необходимо назначить небольшой припуск на предварительный диаметр под резьбу, порядка 0,03…0,07 мм на радиус.
19. Соответственно для каждого шага и профиля резьбы применяется своя резьбовая пластина.
20. Требуется выполнять несколько проходов, т.к. пластины имеют большой радиус.
Пластины с не полным профилем
1. Не обрабатывают вершину резьбы.
2. Поэтому нужна точная обработка диаметра вала или отверстия под нарезание резьбы.
4. Поэтому нет необходимости закупать большое количество инструментов под каждый шаг резьбы.
5. Пластины имеют низкую стойкость, так как радиус на вершине минимален и рассчитан на наименьший шаг. Каждый профиль резьбы имеет свой радиус.
Пластины многозубые
Обеспечивают максимальную производительность нарезания резьбы на токарном станке.
1. Работают аналогично, как и пластины с полным профилем, однако имеют более одного зуба и требуют меньшего количества проходов.
3. Платины требуют больше места под выход из резания.
4. Необходима высокая жесткость технологической системы, так как возникают большие силы резания.
5. Такие пластины имеются только для распространенных размеров резьбы.
Количество проходов и глубина резания при нарезании резьбы
Резьба нарезается за несколько проходов, при этом важное значение имеет глубина резания на каждом проходе. Стоит отметить, что глубина врезания не зависит от способа врезания (одностороннее боковое, двухстороннее боковое, радиальное врезание).
В зависимости от глубины врезания можно выделить два способа обработки резьбы.
1. Постоянная площадь сечения стружки и разная глубина врезания. Наиболее популярный способ, так как обеспечивает максимальную производительность. В данном способе каждый последующий проход имеет меньшую глубину врезания, и она уменьшается до 0,09…0,02 мм на последнем проходе. Так пластина срезает стружку с одинаковой площадью сечения, соответственно воспринимает постоянные нагрузки и равномерный износ, что увеличивает ее стойкость.
Нарезание наружной и внутренней резьбы на токарном станке довольно широкий вопрос, имеет много тонкостей, но применяя основные вышеперечисленные рекомендации точения резьбы, способы нарезания резьбы и технологию нарезания резьбы, а также подбирая правильные инструменты для нарезания резьбы Вы добьетесь высокой производительности при нарезании наружной и внутренней резьбы на токарном станке.
