книги из ГПНТБ / Якобсон, Михаил Осипович. Технология станкостроения

ГЛАВА V

ОБРАБОТКА ХОДОВЫХ ВИНТОВ

КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ХОДОВЫХ ВИНТОВ

Для преобразования вращательного движения в прямолиней­ ное и осуществления прямолинейных перемещений в металлорежу­ щих станках применяется винтовая передача, состоящая из ходово­ го винта и гайки. Эта пара широко используется для установочных, рабочих и холостых перемещений, в том числе и весьма точных.

Основными характеристиками пары ходовой винт и гайка явля­ ются наружный, внутренний и средний диаметры, профиль и juar

резьбы.

В передачах ходовой винт — гайка обычно применяется резьба трапецеидального профиля, реже прямоугольного и треугольного.

Широкое использование трапецеидальной резьбы объясняется тем, что нарезать и отшлифовать ее значительно проще, чем прямо­ угольную; кроме того, трапецеидальная резьба прочнее прямоуголь­ ной и осевые зазоры в трапецеидальной резьбе можно регулировать стягиванием разрезной гайки; в прямоугольной резьбе этого сде­ лать нельзя.

При прямоугольной резьбе ошибка перемещения, обусловленная

радиальным биением ходового винта, значительно меньше, чем при трапецеидальной резьбе. Поэтому прямоугольную резьбу иногда применяют для особо точных перемещений.

Ходовые винты нормальной и пониженной точности выполняют с нормальной и крупной резьбой; винты повышенной точности из­ готовляют с мелкой резьбой, небольшая деформация которой не­

значительно влияет на ошибки перемещения.

В станкостроении наиболее распространены ходовые винты, имеющие наружный диаметр 20—60 мм.

МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ ХОДОВЫХ ВИНТОВ И ГАЕК

Материалы. Эксплуатационные качества ходового винта зави­

сят от состава, строения и свойств стали, из которой он изготовлен, и технологии его обработки.

К стали, применяемой для изготовления ходовых винтов, предъ­ являют следующие требования: высокая износоустойчивость, хоро­ шая обрабатываемость и ненаклепываемость. Кроме того, состояние

внутреннего равновесия в металле изготовленного ходового винта должно длительно сохраняться и остаточные напряжения, возник­ шие в процессе обработки, не должны вызывать деформаций ходо­ вого винта и оказывать влияния на его поведение в эксплуатации. Стали, полностью отвечающие этим требованиям, пока не подобра­ ны, поэтому технологический процесс изготовления ходового винта должен быть разработан так, чтобы можно было избежать вред­

ных последствий остаточных напряжений.

Ходовые винты станков нормальной точности, не подвергаемые термической обработке, изготовляют из следующих среднеуглеро­

дистых сталей:

1) холоднотянутой калиброванной, термически обработанной,

автоматной стали А40Г с повышенным содержанием серы; химиче­

ский состав: 0,35—0,45% С, 1,3—1,55% Мп, 0,13—0,37% Si, 0,18—

чатый перлит и феррит, зернистый перлит не допускается; повы­

шенное содержание серы улучшает обрабатываемость и чистоту по­ верхности;

2) стали 45 с добавкой 0,15—0,5% РЬ.

Ходовые винты для прецизионных станков 0 и 1-го классов точ­ ности, не закаливаемые, изготовляют из инструментальной углеро­

дистой стали У10А. Эта сталь хорошо обрабатывается и не дает

значительных деформаций. Микроструктура — зернистый перлит, наличие цементитной сетки и карбидных включений не допускается;

Нв = 1704-187.

Ходовые винты, закаливаемые и шлифуемые по профилю резь­

бы, применяют в прецизионных координатно-расточных и резьбо­ шлифовальных станках, а также в особо точных токарных. Эти вин­ ты изготовляют из: 1) специальных легированных сталей ХВГ или ХГ, твердость после закалки 7?с = 504-56; микроструктура — зер­

нистый .перлит и карбиды, равномерно распределенные по всему сечению; наличие карбидной сетки и карбидных скоплений не до­

пускается; 2) марганцовистой стали 65Г, твердость после закалки

7?с = 354-45; эта сталь имеет повышенное содержание марганца;

химический состав: 0,6—0,7% С, 0,8—1,2% Мп, 0,17—0,37% Si; не более 0,3% Сг, не более 0,3% Ni; предел прочности при растяжении

аь >75 кг!мм2.

За рубежом ходовые винты прецизионных станков изготовляют из высоколегированных молибденовых сталей. Фирма Precision Theard and Gear Corp. (США) закаливаемые и шлифуемые преци­ зионные ходовые винты изготовляет из высоколегированной стали,

мые ходовые винты резьбошлифовальных станков из легированной

260

стали, содержащей 0,3—0,4% С, 0,6—0,7% Мп, 0,7—1,0% Сг, 0,3% Мо; твердость 7?с = 40н-42. Гайка этого винта изготовлена из

закаленной стали, содержащей 1,0% Сг и 1,0% W; твердость 7?с=

= 60-ь62.

Гайки для ходовых винтов обычно изготовляют из бронзы ма­ рок Бр. ОФ 10-0,5 и Бр. ОЦС 6-6-3. Для экономии бронзы их вы­ полняют биметаллическими. В последнее время вместо бронзы Бр. ОЦС 6-6-3 применяют сплав ЦАМ 9-1,5, который содержит 9% А1,

1,5% Си, 0,05—0,1% Mg и остальное Zn; твердость Нв — 76. Ис­

пользование сплава ЦАМ 9-1,5 целесообразно при удельном дав­ лении до 200 кг!см2 и скорости скольжения до 7 м!сек.

примерно на 25—30% 'износостойкость как тайки, так и ходового

винта. При этом значительно-упростилась технология изготовления гайки.

Заготовка гайки получается путем литья под давлением; на металлорежущих станках производится только обработка резьбы гайки и ее посадочной части. Стоимость гайки из цинкового сплава значительно ниже, чем из бронзы Бр. ОЦС-6-6-3.

Технические условия. В станкостроении в зависимости от

назначения и условий работы установлено пять классов точности ходовых винтов: 0, 1, 2, 3 и 4.

Прецизионные ходовые винты 0 и 1-го класса точности приме­ няют в резьбошлифовальных, координатно-расточных и координат- но-внутришлифовальных станках и делительных машинах, работа­ ющих без корректирующих устройств. Ходовые винты 2-го класса точности устанавливают в токарно-затыловочных, прецизионно-вин­

торезных станках и делительных механизмах зубообрабатывающих станков, повышенной точности.

Ходовые винты 3-го класса точности применяют в токарно-вин­ торезных, резьбофрезерных и других станках нормальной точно­ сти, а ходовые винты 4-го класса точности — в механизмах подачи, работающих с делительным лимбом.

Основными точностными параметрами ходовых винтов являют­ ся шаг резьбы, средний диаметр резьбы, угол профиля резьбы и чистота поверхности профиля резьбы. Допустимые отклонения по этим параметрам приведены в табл. 44.

Допуски на размеры наружного, среднего и внутреннего диа­

метров резьбы ходовых винтов не должны превышать предусмо­ тренных стандартами допусков на трапецеидальную резьбу степени точности т.

Наружный диаметр резьбы ходового винта в одном перпендику­

лярном его оси сечении не должен отличаться от наружного диа­ метра резьбы в любом другом таком же сечении более чем на ве­

личину допуска посадки С\ для ходовых винтов 0, 1 и 2-го классов,

посадки С для ходовых винтов 3-го класса и посадки X для ходо­ вых винтов 4-го класса.

261

Таблица 44

Допуски на изготовление ходовых винтов

Для ходовых винтов 4-го класса допускаемые отклонения для половины угла профиля резьбы отдельно не регламентируются; для этих винтов ограничиваются величиной допуска на средний диа­ метр.

Важнейшими точностными параметрами гаек ходовых винтов являются наружный, внутренний и средний диаметры резьбы. До­

пуски на наружный диаметр резьбы гаек устанавливают равными соответствующим допускам трапецеидальной резьбы степени точ­ ности М.

При применении разрезной гайки наружный диаметр резьбы

назначают так, чтобы было обеспечено правильное прилегание гайки к ходовому винту по профилю. Этот диаметр резьбы задает­ ся примерно на 0,5 мм больше чем предусмотрено стандартами.

Допуски на размеры внутреннего диаметра резьбы гайки уста­

навливают равными допускам трапецеидальной резьбы степени точности М.

Допуски на средний диаметр резьбы гаек приведены в табл. 45 Отклонения отсчитываются в плюс от номинального размера

среднего диаметра резьбы.

262

Величины допускаемых отклонений профиля и шага гаек от­

нормальной точности в крупносерийном производстве изготовляют

пуском 1 мм под шлифование

2Правка заготовки; биение не более 0,3 мм

3Подрезка торцов, перецентровка, снятие фаски, вытачивание вы­

емки на торце диаметром 20x2 мм

4Протачивание выточки диаметром 30X14 мм

5Обтачивание шейки диаметром 28Н мм с припуском под шлифо­ вание; прорезка канавки диаметром 27x3 мм

6Правка заготовки; биение не более 0,2 мм

7Черновое шлифование поверхности диаметром 44 мм до размера

44,5 мм\ биение не более 0,1 мм

8Фрезерование резьбы; припуск 0,6 мм

9Правка; биение не более 0,15 мм. Получистовое нарезание резь­

бы резцом; припуск 0,12 мм на сторону; внутренний диаметр в размер

10Сверление отверстия диаметром 8 мм под конический штифт

11Шлифование поверхностей диаметрами 44С и 44Ш мм в размер

12Проверка биения и в случае необходимости правка; допустимое биение не более 0,05 мм

13Чистовое нарезание трапецеидальной резьбы; снятие фасок на

витках резьбы; зачистка заходов резьбы 14 Шлифование шейки диаметром 28Н мм

263

---------------- 2290-

вид по стрелке д

Фиг. 183. Ходовой винт токарно-винторезного станка мод. 163.

264

ходовые винты должны удовлетворять следующим техническим

условиям: допускаемая ошибка шага не более ±0,012 мм-, наиболь­ шая накопленная ошибка шага 0,025 мм на длине 100 мм и не бо­ лее 0,08 мм на всей длине; овальность сечения соответствующего среднему диаметру резьбы не более 0,015 мм и радиальное биение наружной поверхности резьбы относительно оси не более 0,2 мм. Ходовые винты (фиг. 182 и 183) изготовляют из стали А40Г. Ходо­ вой винт токарно-винторезного станка мод. 1К62 изготовляется из заготовки диаметром 48 мм и длиной 1662 мм.

Фиг. 184. Планировка оборудования в поточной линии обработки ходового винта токарно-винторезного станка мод. 1К62:

1 — токарный станок для обтачивания поверхностей; 2 — правильный станок для правка; 3 — токарный станок для подрезки торцов; 4 — токарный станок для протачивания вые­ мок; 5 — токарный станок для чистового обтачивания под шлифование; 6 _ правильный станок для правки; 7 — шлифовальный станок для наружного чернового шлифования; 8— резьбофрезерный станок для фрезерования резьбы; 9 — токарный станок для получистового нарезания резьбы; 10 — вертикально сверлильный станок для сверления отверстия под конический штифт; 11 — шлифовальный станок для наружного чистового шлифования; 12— токарный станок для проверки на биение и правки; 13 -г- токарный станок для чистового

нарезания резьбы; >4 — шлифовальный станок для шлифования шеек; 15 — рольганг.

Схема расстановки оборудования в поточной линии обработки ходового винта токарно-винторезного станка 1К62 в соответствии с маршрутом, приведенным в табл. 46, дана на фиг. 184.

Ходовой винт токарно-винторезного станка мод. 163 имеет боль­ шую длину (2290 мм) и изготовляется по технологическому марш­ руту (табл. 47), который отличается от маршрута, приведенного в табл. 46, введением операции старения и применением вихревого нарезания резьбы вместо фрезерования.

Старение

Старение ходовых винтов производят перед чистовыми операци­ ями для снятия возникших в процессе черновой обработки внут­

ренних напряжений к стабилизации размеров заготовки. Применя­

ют два метода старения: искусственное и естественное. Наибольшее распространение имеет искусственное старение, которое исполь­ зуется при изготовлении ходовых винтов 0, 1 и 2-го класса, и в не­ которых случаях и 3-го класса точности. Искусственное старение значительно эффективнее естественного. При искусственном старе­ нии в течение 20—25 час. снимается до 80% внутренних напряже­ ний, тогда как естественное старение даже за довольно длительное время (несколько месяцев) снимает только 30—40% внутренних на­ пряжений.

В технологическом маршруте (табл. 47) обработки ходового винта токарно-винторезного станка мод. 163, искусственное старе-

265

Таблица 47

Технологический маршрут обработки ходового винта токарно-винторезного станка мод. 163

центрование заготовки с двух сторон

Правка заготовки на прямолинейность; биение не более 0,5 мм на всю длину; обтачивание под шлифование поверхно­ сти диаметрами 48Д, 48Н и 48С мм; чистовое обтачивание диаметра 34 мм

Шлифование поверхностей диаметров 48Д, 48С и 48Н до диаметра 48,6 С3 мм

Черновое вихревое нарезание трапеце­ идальной резьбы; припуск 0,8 мм на сторону

I мер. Правка; биение не более 0,1 мм

Искусственное старение

Подрезка торцов в размер; исправле­ ние центровых отверстий

266

ние производят после чернового и получистового нарезания резьбы и правки ходового винта. Старение происходит в электрической пе­ чи шахтного типа при следующем режиме: нагрев в масляной ван­

не до температуры 180—200° в течение 20 час. и охлаждение в ван­ не до температуры 50°. Этот режим старения применяют для ходо­ вых -винтов, изготовляемых из стали А40Г.

При обработке ходовых винтов 3-го класса точности, имеющих меньшую длину, старение не производят.

Правка

Заготовки для ходовых винтов длиной 1 м и более в процессе обработки под действием сил резания и собственного веса легко деформируются (изгибаются). Поэтому в процессе их изготовления возникает необходимость производить правку для получения требуе­

мой прямолинейности. Во время правки возникают остаточные на­ пряжения, под действием которых через некоторое время происхо­ дит деформация ходового винта.

В приведенных в табл 46 и 47 технологических маршрутах

правку заготовок ходовых винтов производят три — четыре раза: в начале процесса обработки, после центрования заготовки, после чернового нарезания резьбы и после получистового нарезания резьбы.

Для предотвращения прогиба изготовляемых ходовых винтов под действием собственного веса рекомендуется вертикально под­

вешивать их в специальных стеллажах.

Нарезание резьбы

Нарезание резьбы (в табл. 46 и 47) выполняют за несколько операций. Нарезание резьбы на ходовых винтах производят фрезе-

267

рованием, вихревым методом и резцом на токарно-винторезном

станке.

Фрезерование реоьбы применяют для чернового нарезания резь­

образно применять фрезерование, так как процесс резания выпол­ няется без участия рабочего; рабочий только устанавливает заго­

товку, включает механизм подачи и снимает деталь после обработ­ ки. Применение резьбовых фрез, ос­

ковую фрезу внутреннего касания с резцами, профиль которых со­ ответствует профилю нарезаемой резьбы.

При нарезании резьбы головка получает быстрое вращение, а об­ рабатываемая деталь медленное, определяющее круговую подачу. Вращение обрабатываемой детали и прямолинейное движение рез­ цовой головки вдоль оси детали обеспечивают результирующее дви­ жение по винтовой линии. За один оборот детали головка перемеща­ ется на шаг нарезаемой резьбы s. Процесс вихревого нарезания резьбы — прерывистый процесс.

При этом методе обработки режущие кромки каждого резца на­ ходятся в контакте с обрабатываемой деталью только на некоторой части окружности; остальную часть окружности режущие кромки проходят по воздуху, что повышает стойкость инструмента.

Вихревое нарезание резцами, оснащенными твердым сплавом, ходового винта из стали А40 осуществляется при ’скорости резания

250—300 м/мин; стойкость резцов 60 мин.

Скорость резания определяют по формуле

где Dp— диаметр окружности вершин резцов в мм; пр—число оборотов резцовой головки в минуту.

268