Тема 5.8. Обработка на резьбо- и зубообрабатывающих станках

Обработка резьбы точением

Параметры резьбы. Резьба характеризуется следующими размерами: наружным, внутренним и средним диаметром D отверстия и диаметром d стержня (вала); шагом р и связанным с этими размерами углом φ подъёма резьбы Резьбу можно представить в виде развёртки прямоугольного треугольника (рис. 1), один из катетов которого соответствует развёртке длины окружности πD (или πd), где D (d) – cредний диаметр резьбы, а другой катет – шагу р резьбовой нитки. Угол φ подъёма резьбы

.

Рис.1. Представление витка резьбы

Схемы обработки резьбы. Обработка резьбы происходит при согласованных движениях заготовки и инструмента. Одному обороту заготовки должно соответствовать продольное перемещение инструмента (подача S) на шаг резьбы. Резьба резцом нарезается не за один, а за несколько проходов (рис.2,а). Каждый последующий проход (рабочий ход) сопровождается снятием нового слоя материала (рис. 2,б).

Рис. 2. Схемы обработки резьбы однониточными резцами

Этот слой с каждым проходом постепенно уменьшается, что обеспечивает постоянство площади сечения стружки и, стало быть, неизменность силы резания. Общая глубина врезания с каждым i-м проходом возрастает и может быть определена по формуле:

, I = 1 … n,

где t – высота полного профиля резьбы; n – количество проходов; К – коэффициент: для I = 1 К = 0,3, для I = 2 К = 1,0, для I = 3 и последующих проходов К = I – 1.

Таким образом, глубину резания на каждом проходе можно находить по формуле:

t _I = Σ t _{I + 1} – Σ t _i.

При этом резец должен всякий раз попадать в уже нарезанную нитку. Для этого резец, переместившись на расстояние l и выйдя в канавку, отводится от заготовки, ей сообщается обратное вращение, а резцу – возвращение в исходную позицию с той же рабочей подачей.

Существует несколько вариантов обработки резьбы, различа-ющихся по стружкообразованию, износу инструмента и качеству обработанной поверхности. Эти варианты показаны на рис. 2,б.

1. На левой схеме изображено получение резьбы радиальным врезанием, при котором стружка формируется обеими сторонами режущего инструмента, а процесс изнашивания протекает равномерно по всей длине режущей кромки. Метод предпочтителен для резьбы с мелким шагом.

2. Схема, расположенная в центре, характеризует изготовление резьбы односторонним боковым врезанием и является предпочтительным методом обработки на станках с ЧПУ. Пластина врезается в заготовку под углом на 1…3° меньшим, чем угол профиля резьбы. Процесс похож на обычное точение, при котором контролируется направление схода стружки, эффективно используются стружколомающие возможности инструмента. На его вершине образуется меньшее количество тепла, растёт стойкость пластины и надёжность процесса обработки. Снижаются силы резания, исчезают вибрации.

3. На правой схеме представлено боковое двухстороннее врезание, применяемой для обработки резьбы с большим шагом. Направление врезания изменяется для каждого последующего прохода, пока не будет сформирован весь профиль. Пластина в этом случае изнашивается равномерно. Обработка требует специального программного обеспечения на станках с ЧПУ.

Трапецеидальная резьба с крупным профилем изготовляется с помощью двух резцов и более резцов. Они могут устанавливаться друг за другом, причём первым резцом выполняется дно впадины, а вторым – боковые поверхности профиля, а могут и так, как это показано ниже на рис. 10.

Для точения многозаходной резьбы после нарезания первого витка необходимо изменить положение инструмента по отношению к заготовке в соответствии с числом витков Z. Это может быть осуществлено одним их следующих способов:

- поворотом шпинделя станка на 1/Z оборота (на угол 360°/Z) при неподвижном ходовом винте;

- поворотом заготовки с помощью регулируемого поводкового патрона;

- перемещением суппорта на расстояние l = P /g поворотом ходового винта против направления вращения шпинделя;

- установкой в одной позиции резцедержателя нескольких резьбовых инструментов, расстояние между которыми определяется шагом многозаходной резьбы.

Обработка резцом обеспечивает получение резьбы 5…6 степени точности. Более высокая 4 степень точности может быть получена шлифованием резьбы, меньшая точность (7…8 степень точности) – нарезанием метчиками и плашками.

Режущие инструменты. На рис. 3 показаны резцы, применяемые при нарезании резьбы. У стержневого резца (рис. 3,а) передний угол γ = 0, а задний угол α = 10…15° обеспечивается заточкой. У сменной многогранной пластины (рис. 3,в) γ < 0, а угол α обеспечивается установкой. Аналогичным образом угол α обеспечивается и у призматического резца. Для круглого резца этот угол создаётся превышением оси инструмента над осью детали на величину h = (D/2) sin α. Угол ε – угол профиля резьбы.

Рис. 3. Резьбовые резцы:

а, в – стержневые; б – призматический; г – круглый

Современный режущий инструмент представляется сменными многогранными пластинами (СМП) и может быть выполнен в виде

- треугольника с соответствующим углом ε;

- пластины R166.OG-16MM, изображённой на рис. 2;

- пластины с полным профилем (рис.4,а);

- многозубой пластины (рис. 4,б).

Рис. 4. Типы резьбовых пластин:

а – пластина с полным профилем; б – многозубая пластина

Пластины с полным профилем формируют резьбу от внутреннего до наружного диаметра, включая радиусы при вершине и впадине, что гарантирует прочность резьбы. Наличие двух и более зубьев у многозубых пластин приводит к увеличению стойкости инструмента и повышению производительности обработки. Однако необходима более широкая канавка для выхода пластины из зоны резания в конце рабочего хода.

Широкое применение нашли в производстве и многониточные резцы, которые называются резьбовыми гребёнками (рис. 5). Первые две – три нитки срезаются на угол φ = 25…30°, образуя заборную часть длиной L (рис. 6). Остальные нитки образуют калибрующую часть. Наличие заборной части ведёт к распределению нагрузки в процессе резания между несколькими зубьями, что позволяет увеличивать глубину резания и этим уменьшить число проходов и соответственно – увеличить производительность.

Рис. 5. Резьбовые гребёнки:

а – стержневая; б – призматическая; в – круглая

Рис. 6. Схема нарезания резьбы гребёнкой

Приспособления. При обработке наряду с резцами и гребёнками получили распространение раскрывающиеся (рис. 7 и 8) и нераскрывающиеся резьбонарезные головки.

Рис. 7. Схемы раскрывающихся резьбонарезных головок для нарезания

наружной резьбы:

а – с плоскими радиальными гребёнками; б – с плоскими тангенциальными гребёнками;

в – с круглыми гребёнками; l _о – максимальный слой для переточек.

Рис. 8. Вешний вид раскрывающихся головок:

а – с плоскими радиальными гребёнками; б – с круглыми гребёнками;

в – с плоскими тангенциальными гребёнками

Наибольшее распространение имеют головки с круглыми гребёнками, т.к. они допускают большее количество переточек и обеспечивают более высокую точность по сравнению с плоскими гребёнками.

Нераскрывающиеся головки используют при вихревом нарезании как наружной, так и внутренней (диаметром от 30 мм и более) резьбы. В качестве примера на рис. 9,а показан принцип вихревого нарезания наружной резьбы. Главное движение резания осуществляется вращением резцовой головки с установленными на кольцевой планшайбе радиальными или тангенциальными резцами (одним, двумя или четырьмя), вершины которых движутся по окружности, эксцентрично расположенной по отношению к оси детали. При этом планшайба наклонена по отношению к вертикальной плоскости на угол, равный углу подъёма винтовой линии. Заготовка вращается встречно или попутно с круговой подачей, а головка с резцами имеет продольную подачу, равную шагу резьбы.

Вихревое нарезание – один из самых экономичных методов обработки резьбы, т.к. он обеспечивает большой съём металла при высокой точности изготовления. Как показано на рис. 9,б, при такой обработке получается длинная стружка и небольшая толщина среза. Благодаря этому сила резания снижается сила резания, а также упругие деформации детали.

Возможное распределение проходов при применении разного количества инструментов изображено на рис. 10. При обработке двумя резцами создаются односторонние силы резания. Обычно применяют три резца: два – для обработки впадины, один – профильный калибрующий и ещё один – для снятия заусенцев.

Рис. 9. Принцип вихревого нарезания (а) и характер удаляемого слоя (б)

Рис. 10. Распределение проходов при вихревом нарезании

трапецеидальной резьбы:

а – двумя резцами; б – тремя резцами и резцом для снятия заусенцев