Новая папка / Тема 15

ТЕМА 15. РЕЗББООБРАБАТЫВАЮЩИЕ СТАНКИ [1 ]

15.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Резьба может быть основным функцио­нальным элементом детали (на ходовом или крепежном винте, в гайке) или небольшой ее частью (на шпинделе, в корпусе). Разнообра­зие деталей, на которых предусмотрена резьба, связано со всевозможными способами базиро­вания соответствующих заготовок и использо­ванием станков различных групп для выпол­нения преобладающей обработки. Поэтому обработка резьбы предусмотрена на станках токарной и сверлильно-расточной групп. На базе универсальных станков этих групп, на которых нарезание резьбы возможно, но не является преобладающей операцией, созданы специализированные станки, предназначенные только для резьбонарезания. При этом кине­матическая структура и конструкция могут быть оригинальными, как, например, у винто­резных станков, сохраняется лишь способ об­работки и принципиальная компоновка. Но возможна и небольшая разница, значительная унификация, как например между некоторыми моделями вертикальных резьбонарезных и вертикально-сверлильных станков.

Рис. 15.1. Классификация методов изготовления резьбы, резьбового инструмента и резьбообрабатывающих cтанков

Преобладает изготовление резьбы реза­нием (рис. 15.1 - 15.3). Винтовую поверх­ность на таких деталях, как шнеки, можно получить и без формообразующих движений, например методом литья под давлением, но ее нельзя считать резьбой, так как она не входит резьбовое соединение. Можно получить литьем и резьбу, но только для деталей из пластмасс.

Среди методов изготовления резьб дав­лением широко распространено накатывание. Резьбопрессование возможно только для дета­лей из пластмасс, холодная объемная штам­повка - для деталей из цветных металлов и сплавов, резьбовьщавливание - для тонколи­стовых деталей и при обработке резьбовых отверстий в деталях из вязких материалов (деформирующим метчиком).

Рис. 15.2. Схемы обработки резьбы:

а - резцом; 6 - гребенчатой фрезой; в - дисковой фрезой; г - резцовой головкой; д - шлифовальным кругом; е - обкатным резцом; ж - накатными роликами; 1 - заготовка; 2 - инструмент

,

Рис. 15.3. Инструменты для нарезания резьбы с самозатягиванием:

а - метчик; б - резьбонарезная головка; в – плашка

Твердосплавные детали с резьбой получают методом порошко­вой металлургии - спеканием. Обработка элек­троэрозионная, электрохимическая, ультразву­ковая позволяет получить резьбы с шагом до 2 - 3 мм при длине до 20 мм.

Профиль резьбы получают обычно мето­дом копирования, т.е. в поперечном сечении витка воспроизводится профиль инструмента: для этого не требуются формообразующие движения. Исключение составляет нарезание резьбы червяка или ходового винта обкатным резцом (кинематика этого случая примени­тельно к станкам рассмотрена в книге [23]). Метод формообразования вдоль винтовой линии зависит от вида инструмента (табл. 15.1).

Припуск из впадины нарезаемой резьбы срезается обычно последовательными слоями за несколько проходов однопрофильного ин­струмента или несколькими зубьями заборной части многопрофильного инструмента. Распо­ложение срезаемых слоев зависит от направле­ния движения углубления, например, рез (рис. 15.4, а - в), или от разницы формы зубьев, например, гребенки (рис. 15.4, 3). При радиальном углублении (рис. 15.4, а) уравновешены боковые нагрузки на инстру­мент, окончательный профиль резьбы получа­ется одним резом режущей кромки, что более качественно. При боковом углублении (рис. 15.4, б) снижается нагрузка на одну из ре­жущих кромок, что облегчает резание, но снижает качество обработанной поверхности. Возможны комбинированные схемы срезания припуска (рис. 15.4, в, е).

Таким образом, от инструмента зависит состав движений. В процессе резания резьбо­нарезной головкой или метчиком инструмент и заготовка взаимодействуют аналогично пере­даче винт-гайка. Поэтому при вращении инст­румента осевое перемещение может происхо­дить без дополнительного привода - самоза­тягиванием. Следствием усложненности инст­румента, обеспечивающего и траекторию вин­тового движения и распределение срезаемого материала между зубьями, является упрощение состава необходимых движений и, соответст­венно, кинематической структуры станка. Благодаря заборной части на инструменте не требуется поперечное (радиальное) перемеще­ние. Кинематически (без учета силовых фак­торов) после врезания достаточно одного вра­щения В] (см. табл. 15.1). Однако, поджим - 772 (хотя и без связи с вращением) необхо­дим не только для врезания; он желателен и в дальнейшем при резании. Иначе нарезаемая часть резьбы испытывает воздействие зубьев инструмента, необходимое не только для сня­тия припуска, но и для продольного переме­щения, что вызывает деформации калибруе­мой части резьбы, подрезание боковых по­верхностей профиля.

Особенности резца (см. табл. 15.1) по­зволяют обеспечить высокую точность. При однопрофильной конструкции меньше силы резания и нагревание, однако снижаются про­изводительность и стойкость. Кинематика станка, работающего резцом, должна обеспе­чить сложное формообразующее движение (винтовое) В₁ ↔ П₂ и поперечное движение углубления Угл. для последовательного снятия припуска, получения заданного среднего диа­метра резьбы.

Рис. 15.4. Распределение припуска при нарезании резьбы между ходами или зубьями инструмента:

а - радиальное углубление (профильная схема); б - боковое углубление; в - комбинированная схема; г - при комплекте инструментов (зубьев) с разными профилями; д - при инструменте с заборной частью (гребенка, метчик) - генераторная схема; е - ромбическая схема (1 - 7 - порядок срезаемых слоев)

Фреза-многозубый инструмент, который при нарезании резьбы получает независимое вращение помимо винтового и поперечного движений. Добавление движения, несколько усложняющее кинематику, делает подачу неза­висимой от главного движения, что является принципиальным преимуществом и дает воз­можность снимать за один проход больший припуск. При нарезании резьб с крупным профилем или длинных резьб применяют дис­ковые фрезы, при неглубоком профиле и не­большой длине резьбы - гребенчатые фрезы (многопрофильность последних позволяет сократить длину хода почти до одного шага). На резьбофрезерных, а также на токарно- винторезных станках скоростное (вихревое) фрезерование резьбы ходовых винтов ведут резцовыми головками, что повышает произво­дительность по сравнению с фрезерованием дисковыми фрезами при высокой точности. В несколько раз повышается производительность при обработке винтовыми фрезами вместо щебенчатых, меняется и кинематика резания .

Шлифовальный круг обеспечивает обра­ботку с самой высокой точностью деталей из закаленных и других труднообрабатываемых материалов. Благодаря разнообразию форм профиля и характеристик абразива он весьма универсален. Основа кинематической структу­ры одинакова у резьбошлифовальных и резь­бофрезерных станков (независимость главного движения и подачи). Профилирование кругов также усложнено, как и фрез, к тому же долж­но проводиться довольно часто на самом резь- бошлифовальном станке, но шлифование сво­бодно от переменности резания, свойствен­ного фрезерованию.

Таблица .15.1. Основные сведения, учитываемые при конструировании

Инструмент	Метод формо­образования		Движе­ния стан­ка	Характеристика инструмента и процесса резания	Нарезаемая резьба
	профи­ля	вин­то­вой ли­ши			Вид	Диаметр dH х наи­большая длина /; шаг Р, мм	Сте­пень точ­нос­ти
Резец	К о п и р о в а н и е	С л е д	В10П2УГЛ	Простота, универсаль­ность; непрерывность резания; линейный кон­такт; многопроходность	Н Вн	(1-1000) х х 6000; 0,25-100	2-8
Резьбона­резная головка			В, - П2 (В,<н>П2)	Многолезвийность. сложность конструкции, низкие скорости, реза­ние с самозатягивани­ем,возможность одного прохода	Н (Вн)	(1,6-400)х х 6000; 0,35-6	5-8
Метчик					Вн	(0,2-300)х х 300; 0,075-10	2-7
Резцовая головка		К а с а н и е	Bi В2<->П3 (Угл)	Сложность инструмента и его профилирования, переменность резания; высокая стойкость, съем больших припусков	Н (Вн)	(20-1000)х X 2000; 2,5-100	7-9
Гребенча­тая фреза						(3-200)х х 100; 0,5-6	6-8
Дисковая фреза						До 400 х х 2000; до 100
Шлифо­вальный круг				Высокие режущие свой­ства, удобство измене­ния формы, теоретиче­ская сложность профи­лирования	Н Вн	(0,5-400)х х 6000; 0,04-100	Св. 2
Накатной ролик		О б к а т	в, (П2) (Угл)	Сложность инструмента, простота кинематики, безотходность процесса	Н (Вн)	(1,4-250)х х8000(20); 0,25-20	2-8
Обкатной резец	Обкат		В,^В2 Пз<-»В4	Дороговизна, точность, большой съем	Н

Примечания: 1. Обозначения в таблице: В и П- вращательное и поступательное сложного формообразующего движения, состоящего из согласованных элементарных движе- (но не зависит форма обработанной поверхности); в резьбообрабатывающих станках это дви- могут быть лишь в отдельных случаях или необязательные для большинства случаев; ~ П2 - Вн -наружная и внутренняя резьбы (в скобках - случаи, реже встречающиеся).

\2. Размеры резьбы, точность и производительность приведены по с минимальными диаметрами, шагами и длинами не более 2rf_H. Дифференцированные данные резьбообрабатывакнцих станков, в зависимости от применяемого инструмента резьбообрабатывакнцих станков, в зависимости от применяемого инструмента

движения, участвующие в формообразовании (индексы - порядковые номера); <-> -признак ний; Угл - движение для углубления, от которого зависит размер стружки и размер на детали жение, как правило, поступательное (иногда качательное); В скобках - движения, которые неформообразующее движение для врезания и сопровождения инструмента (заготовки); Н и

материалам В. Г. Якухина. При этом производительность - максимальная при обработке резьб о классе точности и параметре шероховатости резьбы приведены в 17, с. 613].

Продолжение табл.15.1.

Произво­ дитель­ность, шт/мин	Примеры моделей специализированных станков		Основные конструктивные особенности станков
	отечествен­ных (наиболь­шие dH х х /; Р)	инофирм
5	1Б922 200 х 155; 6	F и FT80 Cri-Dan (Франция); 4V-700 Mannaioni (Италия)	Уменьшение реверсируемых масс: тяговое устройство в виде барабанного кулачка, выделение в составе суппорта каретки для установочного перемещения и продольных салазок для движения подачи; автоматизация многопроходного углубления
20	5993 42 х 320; 2	GG39L Wagner (ФРГ); С или LM Landis (США)	Горизонтальная компоновка, базирование заготовки в тисках, вращение резьбонарезной головки и ее автоматическое раскрытие
Резьбонарезные			Предварительный натяг в радиальных подшипни­ках шпинделя и его реверсирование электро­магнитными муфтами; регулируемые предохра­нительные устройства для ограничения крутяще­го момента и осевой силы на шпинделе; копир- ная пара винт-гайка Специализированные конструкции патронов для гаечных . метчиков; разнообразные схемы базирования заготовок и распределения движений резания между метчиком и заготовкой; регулируемые предохранительные устройства; автоматизация загрузки
80	2Р056 18 х 150; 3,5
	Гайконарезные
	2А064 27	T-Star20, S-Star Strcicher (ФРГ); MA>nV Nutap (Голландия)
5	РТ-774		Токарно-винторезный станок в качестве базовой модели; установка на суппорте резцовой головки с приводом; частота вращения шпинделя передней бабки соответственно круговой подаче
	5Д63 100 х 50; 5		Раздельные тяговые устройства для движения установочного и подачи (в продольном и поперечном направлениях); сменный кулачок- копир для настройки на шаг резьбы
2			Компоновка по типу токарно-винторезных станков с фрезерной головкой на суппорте
1	Универсальные		Повышенные требования к осевому биению шпин­делей и ходового винта; корректирующие устройства для компенсации погрешностей и зазоров в передачах; устройства для деления на число заходов; многофункциональность поперечного перемещения шлифовальной бабки; устройства для правки круга, их расположение на шлифовальной бабке и необходимость компенсации износа круга
	5М822В 150 х 375; 24	иверсальные HNC Klingelnberg (ФРГ); RG500 Reishauer (Швейцария) 1600 Matrix (Англия)
20 - 2000	А9518А 30 х 45; 2	H12 Escofie (Францич)	Повышенная прочность шпиндельных узлов; использование самозатягивания; автоматизация загрузки
	ЕЗ-10А 100х300;15		Необходимость двух цепей согласования движений

,

Накатывание - процесс пластического деформирования, при котором заготовка про­катывается между круглыми или плоскими накатными инструментами, сдавливается ими, на ней отпечатывается резьба накатных роли­ков 2 (см. рис. 15.2, ж) или плашек. При этом профиль резьбы ролика частично внедря­ется в заготовку, а частично заполняется вы­тесненным металлом, благодаря чему диаметр заготовки берут примерно равным среднему диаметру накатываемой резьбы и получают экономию металла, по сравнению с заготовка­ми для резьбонарезания, в некоторых случаях до 30 %. Ввиду отсутствия резания в этом без­отходном процессе не только не разрушается волокнистая структура исходного материала, но и существенно улучшаются физико- механические свойства поверхностного слоя, повышается твердость и усталостная проч­ность. Производительность накатывания в десятки раз превосходит резьбонарезание, причем в некоторых случаях получается резь­ба, по точности приближающаяся к шлифо­ванной. Недостаток метода - ограничение по свойствам материалов, поддающихся обработке давлением, неэффективность в условиях мел­косерийного производства.

Резьбонакатные станки просты, посколь­ку обязательным в них является лишь одно движение - обката, причем без кинематиче­ской цепи согласования. Углубление инстру­мента может происходить без отдельного дви­жения за счет заборной части плашки (специального ролика) или в процессе захвата инструментом заготовки, вводимой в рабочую зону касательным (тангенциальным) движени­ем. Есть схемы и с отдельным радиальным движением для углубления. Резьбонакатные станки обычно проектируют для обработки недлинных резьб. При этом длина инструмен­та перекрывает длину резьбы, поэтому не тре­буется продольное движение. Для нака­тывания длинных резьб применяют резьбона­катные головки, принцип действия которых аналогичен резьбонарезным головкам: прину­дительное осевое движение необходимо тодько при захвате заготовки роликами, затем дейст­вует самозатягивание. Наиболее распростране­ны самораскрывающиеся головки: вращаю­щиеся - на токарных автоматах и агрегатных станках, невращающиеся - на револьверных.

Рассмотренный состав движений обу­словливает кинематическую структуру станков.

15.2. РЕЗЬБОНАКАТНЫЕ СТАНКИ.

Резьбонакатные станки (РНС) различа­ются прежде всего типом инструмента. В табл. 15.2 приведены технико-экономические по­казатели, характеризующие соответствующие станки. Последующая классификация связана с разновидностями способов накатывания (рис. 15.5), описанных, например, в [25].

Для кинематической структуры боль­шинства РНС существенным является базиро­вание заготовок в радиальном направлении только по инструменту без дополнительных устройств (в двухроликовых станках с ради­альным углублением базирование на ноже, реже в центрах; в качестве дополнительной оснастки, особенно при длинных заготовках, используют опорные устройства, в частности при накатывании с продольной подачей, а также при крупном шаге применяют вращаю­щуюся опору вместо ножа). При этом заготов­ка получает вращение благодаря фрикционной связи с инструментом. В итоге, хотя движение обката - сложное, для формообразования ста­нок должен создать лишь одно простое дви­жение, обычно вращательное (при плоских плашках - возвратно-поступательное; в двух­роликовых станках цепь главного движения раздваивается).

Принципиальные кинематические схемы РНС при каждом виде инструмента выполне­ны в основном одинаково. Примеры схем даны на рис. 15.6 и 15.7

В двухроликовом станке вместо раздвое­ния цепи главного движения от одного элек­тродвигателя возможен раздельный привод шпинделей при синхронизации их вращения с помощью муфты.

Примеры компоновок станков с ролика­ми показаны на рис. 15.8 и 15.9. Двухроликовый автомат (см. рис. 1.15.8) позволяет работать с подачей в любом направлении: при радиальном углублении подвижная бабка пе­ремещается; при работе затыцованными роли­ками ее ставят на упор, а для осевой подачи применяют поворотные - в вертикальной плоскости - шпиндели (регулируемое пере­крещивание осей дает возможность одним комплектом роликов с кольцевыми витками накатывать резьбы различного диаметра и на­правления).

Таблица 15.2. Технико-экономические показатели резьбонакатных станков

Инструмент	Прои чводителъностъ	Точность	Универсальность	Примечание
Плоские плашки	Высокая: 1 шт. за один двойной ход; 40 - 500 дв. ход. / мин (есть до 800 шт./мин)	Низкая: 6 - 8-я степень. Пере­менный режим накатывания	Крепежные детали диаметром до 33 мм; ств й 900 МПа. Совместная обработка резьбы с канавкой или риф­лениями, шлица­ми, зубьями. Бы­страя переналадка	Простота конст­рукции, надеж­ность, высокая степень автома­тизации
Сегмент- ролик	Самая высокая: 1 - 20 шт. за один обо­рот ролика, частота 40 - 200 мин1; 50 - 750 (2000) шт./мин	Высокая: 2 - 8-я степень. Стабильность	Крепежные детали диаметром до 25 мм; сгв51200 МПа. Как правило, не перена­лаживаются	Сложность кон­струкции, высо­кая стоимость инструмента при высокой стойкости, не­прерывность обработки
Два ролика	Низкая: 50 шт./мин и менее (есть до 400 шт./мин)	Самая высо­кая: 2 - 6-я степень*1	Самая широкая. Переналадка слож­ная. Наиболее распространенный способ (при ради­альной подаче)	Технологичность инструмента (кроме затыло- ванного). Про­стота конструк­ции. Наимень­шие габариты. При радиальном углублении сложнее цикл, но регулируется скорость. Меньше усилия. Выпускают ав­томаты и полу­автоматы
Аксиальная головка	Скорость до 9 м/мин (до 150 шт./мин)	4-7-я степень*2. Наименьшие радиальные силы	Неограниченная длина, возможны полые заготовки. Бурты недопусти­мы	Наивысшая стойкость инст­румента. При­меняют в стан­ках многих ти­пов

*' При осевой подаче накопленная погрешность шага порядка 0,01 : 100 мм длины.

"² Для метрических резьб (7 - 8-я степень для трапецеидальных).

Трехроликовый автомат (рис. 15.9) мо­жет накатывать резьбу на тонкостенных дета­лях при осевой подаче, когда радиальные силы минимальны, а производительность выше. Если же деталь не позволяет обработку "напроход" (штуцера, фитинги), то можно перейти на радиальное углубление, снижая радиальные силы уменьшением соответствую­щей скорости. В данном станке ролики пода­ются эксцентриком. Чаше всего у таких стан­ков вертикальная компоновка. Для накатыва­ния тремя роликами возможна модернизация двухроликовых станков.

Осевые головки могут применяться на станках разных типов (токарных, сверлильных и др.). На рис. 15.10 показана схема автома­та, в котором шток получает поступательное и вращательное движения и передает их заготов­ке через ее внутренний шестигранник, т.е. действует аналогично гайковерту.