2. Резьбовые резцы и гребенки

Резьбовые резцы — фасонные инструменты, имеющие профиль, соответствующий профилю резьбы. Они бывают стержневые, призматические и круглые. Резцы стержневого типа изготавливают цельными, с напайными твердосплавными пластинками и со СМП (с механическим креплением). Для нарезания резьбы с неискаженным профилем главные режущие кромки резца должны лежать в плоскости, проходящей через ось вращения заготовки и быть строго сориентированы относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения заготовки.

Нарезание резьбы & малым шагом (Р 41 мм) и небольшой точности производится за один проход. Резьбы со средним и крупным шагом (Р> 1 мм) нарезают за несколько проходов или комплектом резцов (по комбинированной схеме).

Кинематика процесса нарезания резьбы должна обеспечить главное вращательное движение В_г (заготовки или резца) вокруг продольной оси резьбовой поверхности (цилиндрической или

к

3 о— |рь— о 4

' ^Л4 *

Рис. 15.2. Схема работы (о) и траектория перемещения (б) профильного резьбового резца

онической) и поступательное движение подачи вдоль этой оси. Эти два движения должны быть строго согласованы между собой: за один оборот главного движения резец должен переместиться вдоль оси на один шаг резьбы. При нарезании резьбы за несколько проходов для обеспечения определенной глубины резания резец дополнительно перемещается к заготовке в направлении, перпендикулярном или под углом к направлению движения подачи. Перемещение резца в исходное положение для второго и последующих проходов (холостой ход) осуществляется ускоренно реверсом вращения шпинделя и суппорта с резцом. Для этого резец предварительно отводят от заготовки, а в конце резьбы протачивают канавку для выхода резца (рис. 15.2).

Глубина канавки должна быть больше глубины резьбы Я, а ее ширина / — достаточной для свободного выхода резца на последнем проходе.

На циклограмме перемещение А₂ является рабочим проходом, при котором снимается слой материала, А₃ — отвод резца от заготовки, А₄ — обратное ускоренное перемещение, по длине равное рабочему проходу, А₁ — перемещение поперечной подачи, по величине большее отвода на глубину врезания резца в заготовку.

Резец для нарезания островершинной или трапециедальной резьбы по профильной схеме имеет три главные режущие кромки (рис. 15.3) [3].

Рис. 15.3. Схема резания профильным резьбовым резцом и его геометрические

параметры

Главный угол в плане ср измеряется между главной режущей кромкой и линией вектора скорости подачи У₈ (перпендикулярно оси резьбовой поверхности), т. е. на боковых режущих кромках (правой и левой) главный угол в плане Ф_п = Ф_л = 0,5а₀, где Оо — угол при вершине нарезаемого резьбового профиля; для метрической резьбы а₀ = 60°. На прямолинейной режущей кромке вершины резца ф = 90°. ,

Передние углы для простоты переточки обычно берутся равными нулю. Однако для нарезания резьбы на труднообрабатываемых материалах на боковых режущих кромках затачиваются положительные передние углы до +10°. Задние ]рщ на боковых режущих кромках в статике а, ^ж₂ = 4...6° для черновых резцов и а, = а₂ = 8... 10° для’чистовых резцов. На вершине резца задний угол а_в= 15...20°.

При нарезании резьб $ йшшшм угаон подъема на

пример, многозаходных, а также мшшго диаметра с большой глубиной профиля, необходимо учитывать влияние этого угла на кинематические передние ш особенно задние углы. Они могут существенно отличаться от статических углов. Если передняя грань резца имеет угол у = 0 и его главные режущие кромки установлены в осевой плоскости заготовки без учета угла т, то значения кинематических углов будут следующие (рис. 15.4) [10]:

* Р

?1 " *** Уз =-т; ■ а,. + т; ■ ■

па

где а_ст «•- задние углы на боковых режущих лезвиях в статике, град; Р — шаг резьбы, мм; с! — диаметр резьбы, мм.

Это приводит к уменьшению заднего угла на левом лезвии и к более быстрому его износу, а также к отрицательному переднему углу На правом лезвии и ухудшению условий резания.

Направление витка

Рис. 15.4. Схемы установки стержневых резцов при нарезании резьб с большим углом т подъема витков:

Ф — передняя грань расположена в осевой плоскости заготовки; I» передняя грань расположена перпендикулярно виткам резьбы; 1,2 — передняя грань

При установке передней срвдн резца в плоскости, перпендикулярной виткам резьбы, угод ц иЦж 0, а,» а₂. При этом условия резания выравниваются, но профиль нарезаемой резьбы немного искажается. Поэтому первый способ установки резцов применяется на чистовых операциях с корректировкой задних

углов при больших углах подъема резьбы, а второй — на черновых операциях.

При профильной схеме нарезания резьбы толщина срезаемо-

и толщина срезаемого слоя а = 5₀. Сечение среза представляет собой корытообразную форму, которая имеет большую жесткость и затрудняет формирование и отвод стружки. Для получения качественной резьбы толщина срезаемого слоя за один проход резца должна быть а = 0,02...0,2 мм.

Нарезание резьб со средним и крупным шагом ведут последовательно двумя или тремя резцами. На предварительных проходах используют резцы с более простым профилем кромок, а на окончательных — с заданным профилем резьбы (см. рис. 15.1, г).

П

Рис. 15.5. Схема©рШвШ припуска черновым резьбовым резцом и его геометрические параметры -

\

Н

ри комбинированной схеме обработки треугольной резьбы черновой резец имеет односторонне расположенную и состоящую из двух отрезков главную режущую кромку (рис. 15.5) [3].

Второе боковое режущее лезвие выполняет роль вспомогательного.

После каждого прохода резец перемещается параллельно боковой поверхности профиля резьбы на расстояние, обеспечивающее заданную глубину резания. При этом на прямолинейной режущей кромке вершины резца главный угол в плане

Ф = 90° + а на главной боковой режущей кромке ф = а₀.

Вспомогательная режущая кромка затачивается под углом Ф, ж 2...5⁰, т. е. угол профиля чернового резьбового резца между боковой, главной и вспомогательной режущими кромками меньше угла профиля чистового резца на величину ф,. Если передний угол у = 0, то угол наклона главных режущих кромок X = 0, при у ф 0 на боковой кромке X = 0, а на режущей кромке вершины резца X т 0. У черновых резьбовых резцов передний угол у измеряется в плоскости, перпендикулярной проекции главной режущей кромки на горизонтальную плоскость.

При генераторной схеме на черновом проходе слой металла срезается только двумя главными режущими кромками. Форма и размеры поперечного сечения срезаемого слоя более благоприятные для формирования и отвода стружки по сравнению с профильной схемой резания.

Окончательную обработку и профилирование резьбы ведут резьбовыми резцами по профильной схеме резания.

П ризматические резцы (рис. 15.6, а) устанавливаются и крепятся в стержневой державке под углом а < 15°. Передний угол у назначается в зависимости от свойств обрабатываемых

Рис. 15.6. Фасонные резьбовые резцы: а — призматический; б — круглый

материалов. При профилировании резьбовых резцов с у > 0^е необходимо учитывать винтовую форму боковых поверхностей канавки резьбы.

Круглые резцы (рис. 15.6, 6) имеют более технологичную конструкцию, но меньший запас на переточки и менее жесткое крепление. Профиль таких резцов рассчитывается так же, как профиль других фасонных резцов.

Резьбовые гребенки (рис. 15.7) — многониточные фасонные резцы, имеющие гребенчатый профиль. Они бывают стержневые, призматические и круглые. Режущая часть гребенок состоит из заборной части /_р и калибрующей части /_к. На заборной части вершины полных резьбовых профилей срезаны под углом <р к оси калибрующей части. Значения

/

1

в

Рис. 15.7. Схема нарезания резьбы гребенками (о); радиальное (б) и тангенциальное (в) расположение гребенок:

1 — заготовка; 2 — гребенка .

_р = (1,5...2)Л /_К = (3...6)Р; ср = 25...30", где Р — шаг резьбы, мм.

Каждый последующий зуб заборной части гребенки срезает часть площади сечения впадины резьбового профиля. При нарезании резьбы гребенками число рабочих ходов может быть 20*

уменьшено в 2—3 раза по сравнению с нарезанием резцами. Для нарезания резьбы гребенками за один проход длину заборной части увеличивают до /_р = (3...4)Р.

Стержневые гребенки бывают цельными или со специальными твердосплавными пластинками с механическим креплением.

Призматические гребенки устанавливаются в державке под углом, соответствующим заднему углу а.

Круглые гребенки бывают с кольцевыми или винтовыми витками и в основном применяются для нарезания как наружной, так и внутренней резьбы неглубокого профиля.

При кольцевых канавках ось гребенки должна быть наклонена к оси заготовки под углом подъема резьбы. Направление резьбы гребенок с винтовыми канавками должно быть обратным направлению витков нарезаемой наружной резьбы. При нарезании внутренней резьбы направления витков гребенки и резьбы совпадают. Передний угол при заточке круглых гребенок обычно берется у * 0, что повышает точность профиля нарезаемой резьбы.

Резьбовые гребенки можно применять только при нарезании резьбы ш поверхностях детали, имеющих свободный подход и выход после рабочего прохода.

3. Метчики

Для нарезания резьбы в отверстиях заготовок широко используются метчики разнообразных конструкций и геометрических параметров. Метчик представляет собой винт, превращенный в режущий инструмент формированием зубьев путем прорезания стружечных канавок и заточки передних и задних углов (рис. 15.8).

По конструкции и назначению различают следующие виды метчиков:

1. ручные (слесарные) — изготавливаются комплектами из двух-трех номеров;

2. машинно-ручные одинарные или в комплекте из двух номеров;

3. машинные одинарные;

4. гаечные — для нарезания резьбы в гайках на специальных станках;

5. плашечные и маточные — для нарезания и калибрования резьбы в резьбонарезных плашках;

Рис. 15.8. Конструктивные элементы (а), профиль резьбы (б) и геометрические параметры метчиков:

<1, <1г и й\ — наружный, средний и внутренний диаметры резьбы, мм; / и /„ — длины рабочей и заходной частей метчика, мм; Р — шаг резьбы, мм; Р — ширина пера, мм; ц — угол спинки пера, град

6. специальные — для нарезания резьб различных профилей (трапецеидальных, круглых, упорных и т. п.), а также метчики сборные, регулируемые, метчики-протяжки, конические метчики и др.

Основными конструктивными элементами всех типов метчиков являются: рабочая часть, состоящая из режущей части (заборного конуса) и калибрующей части, режущие зубья и стружечные канавки, хвостовик с элементами крепления. На рис. 15.8 показан метчик для нарезания крепежной остроугольной резьбы.

Основными геометрическими параметрами метчиков являются угол заборного конуса 2ср, передний у и задний а углы на режущих кромках, угол наклона винтовых стружечных канавок со, осевой угол наклона (подточки) передней поверхности X.

Режущая часть метчика выполняет основную работу по срезанию припуска, формированию профиля резьбы и удалению стружки из зоны резания. Она работает в тяжелых условиях несвободного резания, затрудненного удаления стружки, больших сил резания и трения, имеет невысокую жесткость. Режущая часть метчика изготавливается в основном из быстрорежущей стали.

Режущая часть образуется в большинстве случаев путем срезания на конус под углом 2<р резьбы исходного винта. При этом зубья срезают припуск во впадине резьбы по генераторной схеме

(рис. 15.9), главными режущими кромками являются вершинные кромки переменной ширины, а вспомогательными — боковые кромки зубьев.

1

1т

т

Рис. 15.9. Схема срезания припуска режущей частью метчика (генераторная)

Число зубьев на длине режущей части метчика определяется по формуле

2=^2'* отсюда2 = -^-,

. . РШф РЪф

где /, — длина режущей части, мм; Р — Шаг резьбы; 2_К число стружечных канавок; к — :высота профиля резьбы (глубина впадины), мм.

Каждый зуб метчика срезает слой постоянной толщины а₂ и переменной ширины Ь:

а

о₂

НР

г_К /.

₂ ■ (1'₂ совср« а'₂, так как при <р = 3...6⁰ соз ср = 0,999...0,995;

Число канавок (перьев) выбирается, исходя из диаметра резьбы, прочности зубьев и условий размещения стружки. Для большинства машинных метчиков диаметром от 2 до 52 мм 2_К = 2...6. При меньшем количестве стружечных канавок зубья имеют большую прочность. Однако при этом увеличивается толщина среза а₂, снижается качество обработанной поверхности и точность резьбы.

Рациональная толщина срезаемого слоя а₂ выбирается с учетом качества обработки и производительности в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала. Она составляет: для конструкционных и низколегированных сталей 0,02...0,05 мм; для труднообрабатываемых сталей и сплавов 0,015...0,02 мм; для чугунов 0,04...0,07 мм; для цветных металлов и сплавов 0,06...0,15 мм. При а₂< 0,015 мм толщина срезаемого слоя становится соизмеримой с радиусом округления режущей кромки р, фактические передние углы на режущем лезвии принимают отрицательное значение и происходит в основном не резание, а пластическая деформация поверхностного слоя. При о_г>0,15 мм увеличиваются силы резания, снижается точность резьбы и повышается шероховатость обработанной поверхности. Для нарезания резьб более высокого качества в прочных и вязких материалах принимают меньшие значения а₂, хотя производительность нарезания резьбы при этом будет ниже, чем при больших значениях а₂.

Изменить величину а₂ можно путем изменения угла заборного конуса ср, т. е. длины режущей части /,. Для стандартных метчиков ф = 6°30', для гаечных ф = 3°30', что обеспечивает лучшие условия захода метчика в отверстие.

Значения рациональных величин ф и а₂ зависят от вида резьбового отверстия и количества метчиков в комплекте. Наиболее часто встречаются следующие виды резьбовых отверстий: сквозные неглубокие и глубокие, глухие с малым и большим расстоянием для выхода метчика.

При нарезании резьбы в сквозных отверстиях принимают длину режущей части /, = 6Д у гаечных метчиков /, * (6...12)Р. Для глухих отверстий /, = 2Р, а для труднообрабатываемых материалов /, = (12...20)Д

С целью улучшения захода метчика в отверстие диаметр переднего торца метчика делается меньше просверленного под резьбу диаметра отверстия.,

При нарезании резьбы в глухих отверстиях за один проход /, = 2Р. Если применяется комплект из двух метчиков, то у чернового метчика /, -6Р, а у чистового /, » 2Р. Для облегчения работы метчиков целесообразно сверлить глухое отверстие на большую глубину по сравнению с требуемой по конструкции детали. Это позволяет нарезать резьбу метчиком для сквозных отверстий.

При нарезании резьбы вручную весь припуск трудно удалить за один проход, его распределяют между несколькими метчиками комплекта, который может состоять их двух или трех номеров с разными значениями /,, <р, наружного (I и среднего диаметров резьбы.

Геометрические параметры зубьев режущей части метчиков показаны на рис. 15.10.

. Рис. 15.10. Геометрические параметры режущих зубьев метчика

Передний угол | угол между касательной к передней поверхности и радиусом, проведенным в точку режущей кромки, через который проходит основная плоскость. Для нарезания резьбы в заготовках изгетшшй средней твердости тр«ь12...15%'Лля сталей высокой твердости и материалов, образующих сыпучую стружку (чугун, бронза, латунь) | *= 0...5⁰, для вязких цветных металлов и сплавов у'= 1б„.1Э^а1 ‘

Задний угол а_в на главных вершинных кромках — угол между вектором скорости резания, через который проходит плоскость резания, и касательной к задней поверхности. Он создается путем заточки (затылования) вершинных режущих кромок зубьев по архимедовой спирали и рекомендуется а_в = 6...12°. На боковых режущих кромках при генераторной схеме резания задние углы не делаются, так как толщина срезаемого сдоя небольшая. У метчиков с профильной схемой резания затылование и формирование задних углов ведется ш всему профилю зуба. Переточка режущих зубьев в основном выполняем по передней поверхности, но может производиться и по задней поверхности зубьев.

Калибрующая часть метчика имеет полный профиль резьбы, окончательно формирует резьбу, обеспечивает направление мет-

чика в отверстии, его самоподачу по резьбе, нарезанной заборной частью, а также служит запасом на переточку. Чем больше длина калибрующей части /₂, тем лучше направление метчика в отверстии, точнее нарезаемая резьбы и больше запас на переточку. Однако с увеличением /₂ возрастает крутящий момент от сил трения на калибрующей части. Рациональной длиной для резьб небольшого диаметра является /₂= (1Д...1,5)с1, для средних и крупных резьб /₂ = 0,5^.

По наружному диаметру калибрующая часть выполняется с обратным конусом 0,04...0,08 мм на 100 мм длины.

Форма и размеры стружечных канавок должны обеспечивать хорошее формирование и отвод стружки из зоны резания. Они делаются прямолинейного или полукруглого профиля (рис. \5.\\), прямыми, параллельными оси метчика, или винтовыми с углом наклона к оси со = 10...45⁰. Для нарезания резьбы в сквозных отверстиях канавки имеют правое направление, а в тлухих — левое направление, что обеспечивает выход стружки вперед или назад к хвостовику (при глухих отверстиях).