Резьбонарезные станки

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.

Преобладает изготовление резьбы реза­нием (рис. 1). 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. 1. 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. 2 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. Метод формообразования вдоль винтовой линии зависит от вида инструмент.

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. 3, а - в), или от разницы формы зубьев, например, гребенки (рис. 3, 3). При радиальном углублении (рис. 3, а) уравновешены боковые нагрузки на инстру­мент, окончательный профиль резьбы получа­ется одним резом режущей кромки, что более качественно. При боковом углублении (рис. 3, б) снижается нагрузка на одну из ре­жущих кромок, что облегчает резание, но снижает качество обработанной поверхности. Возможны комбинированные схемы срезания припуска (рис. 3, 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] 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 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. 3  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.

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. 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.