3.7. Технология обработки резьб

Резьбовые соединения широко применяют в машиностроении для получения неподвижных соединений (болты, винты, гайки, шпильки), а также подвижных (ходовой винт — гайка, червячная передача). Наружные и внутренние резьбы различного типа имеют 60.. .70 % деталей.

Резьбы классифицируют по нескольким признакам:

• форме основной поверхности (цилиндрические и конические);

• форме профиля (треугольные, трапецеидальные, прямоугольные, упорные, круглые и специальные);

• способу задания шага (метрические, дюймовые, модульные, питчевые);

• числу заходов (однозаходные и многозаходные);

• направлению витков резьбы (правые и левые);

• степени точности (ГОСТ 16093-81). Для наружных резьб — 4g, 4h, 5g6g, 6g, 6h, 7g6g, 8g и 8h; для внутренних резьб — 4H, 4Н5Н, 5Н, 6Н, 7Н и 8Н.

К другим параметрам, определяющим резьбу, относят углы при вершине профиля, средний и внутренний диаметры, радиус на дне впадины, высоту профиля, шаг, угол подъема винтовой линии и рабочую высоту профиля.

Резьбы могут иметь разное назначение: крепежные; для ходовых винтов, преобразующих вращательное движение в поступательное; точные микрометрические, используемые в конструкциях измерительных устройств. Они работают в условиях трения скольжения или трения качения (шариковые и роликовые специальные резьбы).

В авиационной и космической индустрии применяют резьбы с контролируемым радиусом впадины, обеспечивающие минимум снижения усталостной прочности.

Различают следующие основные технологические группы способов получения резьб:

• литье;

• нарезание лезвийным инструментом;

• шлифование;

• пластическое деформирование (штамповка, накатывание);

• электрохимические и электрофизические способы.

Формообразование резьб методами литья (в оболочковые формы, под давлением и др.) имеет ограниченное применение.

Нарезание позволяет получать резьбы практически всех типов с приемлемой для большинства изделий точностью, благодаря чему получило наиболее широкое применение по сравнению с другими способами.

При высоких требованиях к точности резьбы используется резьбошлифование.

Метод накатывания резьбы характеризуется высокой производительностью и обеспечивает повышение усталостной прочности. Его обычно применяют в крупносерийном и массовом производстве при невысоких требованиях к точности обработки. В этих условиях метод наиболее производителен и экономичен. Существуют определенные сложности при накатывании резьб на деталях из высокопрочных и хрупких материалов.

Электрохимические и электрофизические способы используют для получения резьб сравнительно редко. Рациональной областью их применения является формообразование резьб на очень твердых и хрупких материалах.

Очевидно, что выбор метода получения резьбы зависит от ее функции (крепежная, ходовая, на измерительных винтах), допусков на точность размеров, формы и положения, а также требований к качеству поверхности.

3.7.1. Нарезание резьб лезвийным инструментом

Нарезание резьб лезвийным инструментом производят:

• резцами;

• гребенками;

• вихревым методом;

• плашками и метчиками;

• резьбонарезными головками;

• фрезерованием дисковыми и групповыми резьбовыми фрезами.

Резцами (рис. 3.188) нарезают наружные и внутренние резьбы различного профиля (прямоугольного, треугольного, трапецеидального). Они обеспечивают высокое качество обработки с точностью по 6-7-му квалитету при сравнительно невысокой производительности. Этот метод универсален и применяется преимущественно в мелкосерийном и единичном производстве.

Профиль резьбового резца соответствует профилю витка резьбы. В производстве используют резьбовые резцы разных типов: цельные из быстрорежущей стали, с напаянными пластинами твердого сплава, с неперетачиваемыми сменными твердосплавными пластинами, а также профильные круглые и призматические. Переточка последних выполняется только по передней поверхности.

Рис. 3.188. Нарезание резцами наружных и внутренних резьб

Рис. 3.189. Сменные пластины резьбовых резцов

В настоящее время широко используется нарезание резьб резцами с неперетачиваемыми сменными твердосплавными пластинами, повышающими экономическую эффективность процесса резьбонарезания. Наиболее часто применяют сменные трехгранные пластины (рис. 3.189), на гранях которых есть режущие кромки с профилем резьбы.

Вершина резьбового резца устанавливается по линии центров. При нарезании мелких резьб с малым углом подъема ω < 3...4° допускается обработка по схеме, показанной на рис. 3.190, а. При нарезании точных резьб с углом ω > 3...40° обработку выполняют с наклоном передней поверхности под углом, соответствующим углу подъема резьбы (рис. 3.190, б). Для резцов со сменными пластинами используют специальные стандартные подкладки для нарезания резьб с разными углами подъема. Высота режущей кромки после смены прокладки остается неизменной.

Для предотвращения искажения профиля резьбы резцы часто затачивают с передним углом, равным нулю. Профили чистовых резцов с γ ≠ 0 подвергают коррекции.

Выполнение резьбы резцом происходит в условиях стесненного резания, что может привести, в особенности для жаропрочных и титановых сплавов, к разрушению режущих кромок, снижению точности профиля и вынудить производить многопроходную обработку с большим числом черновых и чистовых ходов.

Рис. 3.190. Расположение режущей кромки резца при резьбонарезании

Рис. 3.191. Схемы выполнения резьбы резцом и характер схода стружки:

а — с радиальным врезанием; б — с подачей вдоль боковой стороны профиля; в — с подачей вдоль боковой стороны профиля и отклонением; г — с изменением стороны врезания

На точность и качество поверхности резьбы, а также стойкость инструмента и вид получаемой стружки влияет способ врезания.

При радиальном врезании (рис. 3.191, а) обработка резьбы производится одновременно и симметрично двумя кромками резца. Поскольку слои металла, срезаемые обеими кромками, стремятся загибаться по направлению друг к другу, усложняется процесс завивания стружки в спираль и ее отвод от резца. Это приводит к резкому увеличению сил резания.

Радиальное врезание применяют при обработке мелких резьб с шагом до 2 мм включительно и для чистовых ходов, обеспечивающих точность формообразования профиля резьбы.

Для черновой обработки резьб с шагом более 2 мм используют боковое врезание (рис. 3.191, б), при котором стружка удаляется в основном одной режущей кромкой резца, что улучшает ее отвод. Использование бокового врезания позволяет повысить стойкость инструмента.

При отклоненном врезании вдоль боковой стороны (рис. 3.191, в) происходит дополнительное увеличение стойкости инструмента за счет снижения трения на режущей кромке. Еще сильнее увеличить стойкость можно применив схемы с изменением стороны врезания (рис. 3.191, г). Последняя схема используется в основном при обработке крупных резьб.

Число проходов, необходимое для нарезания полнопрофильной резьбы, зависит от ее типа, шага, свойств обрабатываемого и инструментального материалов. В ряде случаев число проходов достигает 30 и более. На рис. 3.192 приведены рекомендации по выбору числа проходов и глубин врезания при обработке метрической резьбы различного шага.

Шаг. мм	6,0	5,5	5,0	4,5	4,0	3,5	3,0	2,5	2,0	1,75	1,5	1,25	1,0	0,75	0,5
Глубина профиля, мм	3,83	3,52	3,19	2,87	2,53	2,23	1,92	1,60	1,25	1,13	0,93	0,81	0,65	0,48	0,33
Номер хода	Глубина врезания, мм
1	0,46	0,43	0,41	0,37	0,34	0,34	0,28	0,27	0,24	0,22	0,22	0,21	0,18	0,16	0,11
2	0,43	0,40	0,39	0.34	0.32	0.31	0.26	0.24	0,22	0.20	0.20	0,17	0.16	0.14	0.09
3	0,35	0,32	0,32	0.28	0.25	0.25	0.21	0.20	0,18	0.17	0.17	0,14	0.12	0.11	0.07
4	0,30	0,28	0,27	0.24	0.22	0.21	0.18	0.17	0.16	0,14	0.14	0.11	0.11	0.07	0.06
5	0,29	0,26	0,24	0.22	0.20	0,18	0.16	0,15	0.14	0.12	0.12	0.10	0.08
6	0,26	0,24	0,24	0.22	0.18	0.18	0.15	0.15	0.12	0.10	0.08	0.08
7	0,24	0,24	0,22	0,20	0.17	0.16	0.14	0.12	0.11	0.10
8	0,23	0,20	0,20	0,18	0.15	0.15	0.13	0.11	0.08	0.08
9	0,22	0,19	0,19	0.17	0,14	0.14	0.12	0.11
10	0,19	0,18	0,18	0.16	0.13	0.12	0.11	0.08
11	0,18	0,17	0,16	0.14	0.12	0.11	0.10
12	0,16	0,15	0,15	0.13	0.12	0.08	0.08
13	0,15	0,14	0,12	0,12	0.11
14	0,13	0,13	0,10	0.10	0.08
15	0,13	0,12
16	0,10	0,10

Рис. 3.192. Рекомендуемые значения числа проходов и глубины врезания при обработке метрических резьб с разным шагом

Иногда резьбы делают комплектом резцов, состоящим из предварительного, удаляющего основную часть припуска, и профильного чистового, окончательно формирующего профиль резьбовых витков.

Резьбовыми гребенками называют многониточные резцы, профиль которых соответствует профилю нарезаемой резьбы. Резьбовые профили на гребенке располагают в ряд с расстоянием, соответствующим шагу резьбы. Первые два-три резца гребенки затачивают на угол φ = 25...30°, формируя заборную (режущую) часть, остальные резцы образуют калибрующую часть гребенки. Заборная часть позволяет распределить припуск, срезаемый при обработке, между несколькими зубьями, вследствие чего резьбу обычно получают за один рабочий ход.

Гребенки применяют для обработки наружных и внутренних однозаходных и многозаходных резьб. Выпускают гребенки в виде сменных неперетачиваемых пластин из твердого сплава, устанавливаемых на резцовые державки (рис. 3.193). Широко распространены гребенки круглого и призматического типа (рис. 3.194), перетачиваемые по передней поверхности.

Гребенку устанавливают таким образом, чтобы наклон ее резьбы соответствовал наклону резьбы обрабатываемой детали, а линия, проходящая через вершины калибрующего участка, была параллельна оси вращения заготовки.

Для нарезания резьб на револьверных станках и автоматах используют круглые гребенки с кольцевыми витками и витками, расположенными по винтовой линии.

Рис. 3.193. Конфигурации пластин, используемых для нарезания резьб.

Рис. 3.194. Нарезание резьбы круглыми (а) и призматическими (б) гребенками.

Вихревое нарезание резьбы в основном используют для получения крупных резьб средней точности с шагом более 4 мм. Его называют также нарезанием резьбы летучими резцами или резцовой головкой (рис. 3.195). Оно может выполняться на токарных и специализированных резьбонарезных станках. Головку, оснащенную 1-12 резцами, устанавливают под углом, равным углу подъема резьбы. Деталь закрепляют в патроне или центрах. Ее частота вращения составляет 6...40 об/мин. Головка вращается с частотой, обеспечивающей необходимую скорость резания и достигающей 5000 об/мин (станок G-425 фирмы Burgsmuller), и перемещается вместе с суппортом при подаче на оборот, равной шагу нарезаемой резьбы. Обработка выполняется за один проход.

Наружная резьба вихревым методом может нарезаться по схемам внешнего и внутреннего касания детали и инструмента (рис. 3.196).

По схеме внутреннего касания рекомендуется диаметр траектории вращения резцов принимать равным 1,4... 1,6 диаметра нарезаемой резьбы, а по схеме внешнего касания делать его по возможности меньшим. Преимущественное применение имеет схема внутреннего касания.

Вихревое резьбонарезание может быть как попутным, так и встречным. В большинстве случаев применяют попутное. При обработке твердых и высокопрочных материалов рекомендуется использовать схему встречной обработки. В этом случае благодаря уменьшению ударных нагрузок увеличивается стойкость инструмента. В многорезцовых головках резцы устанавливают таким образом, чтобы каждый из них снимал определенный припуск. Например, на двухрезцовой головке резцы последовательно обрабатывают правую и левую стороны профиля, а на четырехрезцовой — два черновых резца прорезают канавку, третий — чистовой — обрабатывает основной профиль, а четвертый снимает заусенцы и обрабатывает дно впадины. Для обеспечения необходимой точности обработки положение отдельных инструментов в вихревой головке должно быть тщательно выверено. Резцы в головке могут располагаться радиально или тангенциально (рис. 3.197). Преимуществами тангенциального расположения являются более благоприятные условия восприятия силы резания, действующей вдоль инструмента, простота переточки (только по передней поверхности) и настройки резцов в головке. Для вихревых головок выпускают сменные неперетачиваемые пластины. Кроме того, используют круглые (дисковые) резцы.

Рис. 3.195. Вихревое нарезание резьбы головкой с одним резцом

Рис. 3.196. Схемы работы резцовой головки а — наружное касание; б — внутреннее касание

Рис. 3.197. Резцы, устанавливаемые в головки: а — тангенциальные; б — со сменными неперетачиваемыми пластинами

Вихревое резьбонарезание обычно производят без охлаждения с удалением стружки сжатым воздухом. Нагрев заготовки минимален.

Для нарезания резьб вихревым способом выпускают специализированные станки разных типоразмеров (рис. 3.198), в том числе для длинных резьб ходовых винтов. Этим способом можно получать резьбы и на токарно-винторезных станках (рис. 3.199), оснащенных приспособлением с головкой, приводимой во вращение электродвигателем.

Рис. 3.198. Станок G-425 фирмы Burgsmuller (Германия)

Рис. 3.199. Устройство для нарезания резьб вихревым методом (а) и его головка (б)

Вихревым способом обрабатывают резьбы трапецеидальной, треугольной, упорной и круглой формы, изготавливают шариковые ходовые винты и модульные червяки. Используют при обработке внутренних резьб.

Нарезание наружных резьб плашками, воротками (клуппами) и резьбонарезными головками может производиться на станках различных типов: токарных, револьверных, сверлильных, а также при слесарных операциях вручную.

Плашка представляет собой цельное или разрезное кольцо-гайку с продольными канавками образующими режущие кромки. Резьба выполняется за один проход при механическом или ручном навинчивании плашки на деталь.

По конструктивным признакам плашки разделяют на круглые и шестигранные (рис. 3.200). Плашки в виде шестигранника (под ключ) обычно используют для восстановления и калибрования резьбы, особенно в труднодоступных местах.

Рис. 3.200. Круглая и шестигранная плашки

Круглые плашки получили наибольшее распространение, их применяют для нарезания за один проход наружной резьбы диаметром до 52 мм. Для повышенной точности применяют плашки с исправленной после термической обработки резьбой.

Круглые плашки выполняют с разрезной и неразрезной перемычками. Первые дают менее точную резьбу, поскольку наличие прорези влечет перекос режущих перьев и может служить причиной неправильной установки плашки в патроне. Однако они допускают регулирование размеров резьбы плашки в небольших пределах с помощью регулировочного винта, находящегося в державке напротив разреза в плашке.

Плашка имеет режущие и калибрующую части. Режущая часть выполняется в виде внутреннего конуса, обеспечивающего распределение снимаемого припуска между несколькими режущими зубьями. Режущие части плашки расположены с двух сторон, что увеличивает срок службы инструмента. Угол заборной части на обеих сторонах плашки обычно составляет 60°, для труднообрабатываемых материалов рекомендуется принимать его равным 45°. Калибрующая часть предназначена для зачистки и калибрования резьбы. Она обеспечивает плашке самозатягивание и направление.

Толщину плашки выбирают из условия размещения достаточного количества витков на режущей и калибрующей частях. С ростом толщины плашки ухудшаются условия отвода стружки из стружечных отверстий и увеличивается трение между витками. Вместе с тем при малой толщине не обеспечивается правильное направление плашки, особенно при ручной работе. Обычно толщина плашек соответствует 8-10 виткам резьбы.

Нарезание резьб плашками может выполняться вручную с помощью специальных приспособлений (воротков) (рис. 3.201) или на станках. В последнем случае для крепления используют специальные головки, гарантирующие осевое перемещение плашки для компенсации погрешности шага резьбы.

Производительность обработки резьбы круглыми плашками низка, поскольку профиль ниток этого инструмента не затылован (резание с нулевым задним углом), что вынуждает работать с малыми скоростями резания. Необходимо также дополнительное время для сбега (скручивания) плашки с нарезанной резьбы.

Рис. 3.201. Вороток для ручного нарезания резьбы (а) и головка для крепления плашек (б)

Недостатком метода изготовления резьбы плашками является появление погрешностей шага при большой длине резьбы. Профиль резьбы, получаемый после врезания, принимает на себя полностью усилия подачи, в результате которых могут возникнуть деформации как резьбы, так и заготовки. Кроме того, возможно ухудшение качества поверхности резьбы, особенно при обработке вязких материалов.

Нарезание резьбы диаметром более 30 мм и шагом более 4 мм плашками на сплошных заготовках затруднительно. В таких случаях плашки применяют только для калибрования резьбы. Круглые плашки применяют для калибрования резьбы диаметром до 135 мм, нарезанной другими способами, например гребенчатыми фрезами.

Существуют другие типы плашек, в частности для нарезания конической резьбы. На револьверных станках и токарных автоматах применяют трубчатые плашки, рабочая часть которых выполняется у торца трубы, а режущие кромки образованы сквозными пазами, обеспечивающими лучшие условия для отвода стружки.

Плашки изготавливают из инструментальных легированных сталей типа 9ХС, ХГСВ, а также быстрорежущих сталей марок Р9, Р18, Р6МЗ и др.

Резьбонарезная головка представляет собой сборную конструкцию с вставными режущими гребенками. Самораскрывающиеся резьбонарезные головки лишены многих недостатков, присущих плашкам. Они позволяют резко увеличить скорость резания (нитки резьбы шлифованы и затылованы) и работать без сбега инструмента за счет автоматического раскрывания.

В зависимости от типа и расположения различают резьбонарезные головки с радиальными, тангенциальными и круглыми гребенками (рис. 3.202).

Для резьбы повышенной точности применяют радиальное расположение гребенок, а для резьбы средней точности — тангенциальное. Резьбы, не требующие особой точности, могут выполняться головками с круглыми гребенками.

Рис. 3.202. Схемы нарезания резьб головками с радиальными (а), тангенциальными (б) и круглыми (в) гребенками

Как и плашки, головки имеют возможность самоустанавливаться относительно обрабатываемой детали.

Гребенки всех типов размещают в головке всегда выше центра. В результате этого возникающие упругие и пластические деформации материала заготовки образуют контактные площадки между резьбовыми поверхностями нарезаемой детали и профильными поверхностями элементов гребенок, что обеспечивает центрирование резьбонарезной головки. Чем больше эти площадки, тем меньше погрешности резьбы. Размер площадок зависит от типа и состояния гребенок.

Каждая гребенка имеет режущую и калибрующую части. Их геометрия (передний и задний углы, угол заборной части) выбирается в зависимости от обрабатываемого материала. Головки допускают регулирование резьбы на размер, а также нарезание ее за один или несколько проходов.

Головки могут быть неподвижными или вращающимися. Наиболее часто применяют схему обработки на резьбонарезном станке с самооткрывающимися вращающимися головками при неподвижной заготовке. Неподвижные головки применяют на токарных, револьверных, резьбонарезных станках. Здесь деталь вращается, а головка движется самозатягиванием или от механизма подачи. При перемещении головки до упора, соответствующего длине нарезаемой резьбы, гребенки раскрываются и головка отводится на ускоренном ходу, не повреждая выполненную резьбу.

Рис. 3.203. Установка тангенциальной гребенки относительно заготовки

Рис. 3.204. Резьбонарезные головки:

а — стационарная с радиальными гребенками; б — стационарная с круглыми гребенками: в — вращающаяся с круглыми гребенками; г — вращающаяся с тангенциальными гребенками

Резьбонарезные головки обычно имеют четыре гребенки. Для обеспечения попадания выступов гребенок в соответствующие впадины нарезаемой резьбы они наклонены под углом подъема резьбы со (рис. 3.203). Витки каждой последующей гребенки смещены относительно предыдущей на 1/4 шага относительно базового торца. Резьбонарезные головки различных типов изображены на рис. 3.204.

Резьбы могут выполняться специальными устройствами — клуппами (рис. 3.205), содержащими резьбонарезную головку. Клуппы делят на ручные с храповым механизмом, обеспечивающим однонаправленное вращение головки при качательном движении рукоятки, и механические, оснащенные электрическими приводами.

Резьбонарезными головками получают правые и левые метрические, трубные и дюймовые резьбы диаметром 1 ...76 мм с точностью 7h, 6h.

Метчики применяют для нарезания внутренних резьб. Для резьб диаметром до 50 мм нарезание метчиком — наиболее простой и экономичный способ изготовления. Для нарезания резьбы метчиком необходимо предварительно просверлить отверстие диаметром, немного большим внутреннего диаметра резьбы. Правильно подобранный диаметр позволяет избежать заклинивания метчика.

Рис. 3.205. Резьбонарезные клуппы: а — ручной; б, в — механические

Метчик представляет собой винт с прорезанными тремя-пятью канавками, образующими несколько режущих гребенчатых профилей. Метчик имеет заборную (режущую) и калибрующую части. Заборная часть занимает по длине 1.5...5 шагов резьбы метчика в зависимости от угла ее заточки. Поскольку высота зубьев режущей части последовательно возрастает, каждый из них срезает часть площади сечения впадины резьбового профиля на обрабатываемой заготовке. Калибрующая часть направляет метчик и зачищает резьбу, образованную режущей частью. Она берется равной 6... 12 шагам резьбы. Для уменьшения трения и устранения заклинивания метчика калибрующей части придается форма обратного конуса. Задний угол а метчика получают путем затылования по наружному диаметру режущей части. Задний угол зависит от назначения, обрабатываемого материала, типа и размера метчика. Затылование обычно выполняют по архимедовой спирали. Для разных обрабатываемых материалов передний и задний углы меняются в пределах γ = 5...25° и α = 6... 12°.

Различают ручные (комплектные) и машинные метчики. Ручные метчики (рис. 3.206) используют в комплектах из 2-4 шт. Количество метчиков в комплекте определяется в первую очередь обрабатываемым материалом. Обычный комплект из трех метчиков включает черновой, средний и чистовой. Черновой метчик удаляет -50, средний -30, а чистовой -20 % материала.

Машинными метчиками обычно выполняют резьбы за один проход. В зависимости от обрабатываемых материалов, размеров и видов резьбовых отверстий эти метчики имеют множество различных исполнений: с прямыми канавками, с правыми и левыми винтовыми канавками, с шахматным расположением зубьев и др.

Рис. 3.206. Комплект ручных метчиков

Рис. 3.207. Машинные метчики:

а — с прямыми стружечными канавками; б — с винтовыми стружечными канавками; в— с винтовыми стружечными канавками для нарезания резьб в глухих отверстиях

Рис. 3.208. Машинные метчики:

а — с зубьями, расположенными в шахматном порядке; б — с подачей СОЖ через тело инструмента; в — со сменными пластинами

Наиболее часто применяют метчики с прямыми стружечными канавками (рис. 3.207, а). Иногда на них выполняют специальную винтовую подточку для улучшения условий дробления и отвода стружки. Метчики с винтовыми стружечными канавками (рис. 3.207, б, в) обеспечивают хороший отвод стружки, что делает их эффективными для обработки резьб в глухих отверстиях.

Для обработки высокопрочных и адгезионно-активных материалов, например титановых сплавов, разработаны метчики, калибрующая часть которых имеет шахматное расположение зубьев с резьбой через шаг (рис. 3.208, а), что снижает трение и уменьшает заклинивающий эффект. Для материалов, вызывающих повышенный абразивный износ инструмента, например серых чугунов, некоторых алюминиевых сплавов, композиционных материалов, применяют цельные твердосплавные метчики.

Вязкие материалы, в том числе аустенитные коррозионно-стойкие стали, никелевые и высокопрочные алюминиевые сплавы, обрабатывают метчиками с внутренним подводом СОЖ (рис. 3.208, б) с выходными отверстиями в стенках стружечных канавок.

Для резьб сравнительно большого диаметра используют метчики со сменными пластинами (рис. 3.208, в). Пластины по мере износа можно перетачивать или заменять новыми. Один корпус используется для установки пластин разного шага и профиля, что уменьшает затраты на инструмент. Поскольку корпус имеет значительный срок службы, общие затраты на инструмент при использовании такого метчика сокращаются.

Рис. 3.209. Машинные метчики:

а — с удлиненным хвостовиком; б — сверло-метчик; в — с направляющей частью; г — бесстружечный

Резьбовые участки в глубоких отверстиях и труднодоступных местах обрабатывают метчиками с удлиненной хвостовой частью (рис. 3.209, а).

Для сверления отверстия и нарезания резьбы в сквозных отверстиях иногда применяют комбинированные инструменты типа сверло-метчик (рис. 3.209, б), получая отверстия и резьбы за один рабочий ход и сокращая машинное время и номенклатуру инструмента.

Обработка точных резьб может выполняться метчиками с направляющей частью (рис. 3.209, в) и инструментами типа развертка-метчик. При помощи таких инструментов возможно создание систем точных резьбовых отверстий с высокими требованиями но параллельности осей, взаимному расположению и соосности. Для нарезания точной резьбы применяют метчики со шлифованным профилем.

Важнейшим условием получения качественной резьбы является строгое совпадение оси метчика и отверстия. Соосность обеспечивается либо технологически (обработку отверстия под резьбу и ее нарезание ведут за один установ на станке), либо применением специальных качающихся или плавающих патронов, передающих инструменту только вращательное движение и необходимый для преодоления сил резания крутящий момент. На протяжении двух-трех первых оборотов резьбонарезные инструменты поджимаются к заготовке в осевом направлении пружиной патрона. За это время зубья начальных витков режущей части нарезают на поверхности заготовки два-три витка неполного профиля, достаточные для направления метчика и его самоустановки.

При самоподаче точность профиля резьбы определяется только точностью профиля инструмента.

В зависимости от назначения различают следующие группы метчиков.

1. Гаечные метчики, служащие для выполнения резьбы в гайках вручную и на гайконарезных станках. Для этих целей используют метчики с длинным хвостовиком. В процессе обработки гайки нанизываются на длинный хвостовик метчика. Для их снятия последний периодически извлекают из патрона. Гаечные метчики с изогнутым хвостовиком обеспечивают непрерывное передвижение гаек вдоль хвостовика и сход с него. Это позволяет сократить потерю времени на периодическое снятие гаек.

2. Плашечные и маточные метчики используют для нарезания и калибрования резьбы в плашках.

3. Метчики для специальных резьб (трубных, трапецеидальных, круглых).

4. Конические метчики применяют для нарезания конических резьб. Нарезание конической резьбы в детали происходит одновременно по всей рабочей части метчика, а его осевая подача осуществляется принудительно из-за недостаточности самозатягивания.

5. Калибровочные метчики необходимы для калибрования и зачистки резьб, предварительно выполненных другими инструментами.

6. Бесстружечные (деформирующие) метчики (рис. 3.209, г) рекомендуют применять для получения сквозных резьб протяженностью до (1,5...2)D и их калибрования.

7. Регулируемые сборные метчики со вставными гребенками, путем перемещения обеспечивающие установку на размер резьбы. Они могут быть диаметром от 36 мм и выше. Число гребенок составляет 4-6 в зависимости от диаметра нарезаемой резьбы. Некоторые из таких метчиков после нарезания резьбы позволяют сдвигать гребенки в радиальном направлении для быстрого вывода инструмента из отверстия без вывинчивания.

Для ручного нарезания резьб используют специальные воротки (рис. 3.210) с креплением метчика за квадрат хвостовика (а) или его цилиндрическую часть (б).

Рис. 3.210. Воротки для ручного нарезания резьб (а, б) и обработка машинным метчиком (в)

Рабочие места, на которых часты операции нарезания резьб, например в корпусных деталях, оборудуют специальными устройствами с механическим приводом резьбонарезных патронов (рис. 3.211).

При выполнении резьбы метчиком требуется точное соответствие подачи и шага. Во многих случаях из-за погрешностей привода возможно рассогласование между подачей станка и шагом резьбы, приводящее к повреждению резьбы или поломке метчика. Патроны для метчиков, как правило, рассчитаны на компенсацию этого рассогласования. Также возможно возникновение несоосности отверстия под резьбу и метчика, вызывающей перекосы резьбы и поломку инструмента. По этой причине многие типы резьбонарезных патронов содержат устройства компенсации несоосности. Резьбонарезные патроны обычно имеют встроенную предохранительную муфту, снижающую вероятность поломки метчика. Крутящий момент, при котором срабатывает муфта, определяется размером метчика. Некоторые патроны имеют системы подачи СОЖ через тело метчика.

Поскольку всегда существует опасность поломки метчика из-за неблагоприятных условий отвода стружки, нарезание резьбы производится на относительно низких скоростях резания (для сталей 5.. .15, для цветных металлов — до 25 м/мин). Чтобы повысить производительность резьбонарезания, используют метчики со специальными покрытиями (производительность выше на 50... 150 %). Покрытие TiN благодаря сочетанию износостойкости и низкого коэффициента трения является оптимальным для метчиков при обработке сталей. Покрытие TiCN применяется в основном для труднообрабатываемых высокопрочных сталей и жаропрочных никелевых сплавов. Для чугунов наилучшие результаты дает покрытие TiA1N.

Правильный выбор СОЖ очень важен для обеспечения работоспособности метчика. Чем эффективнее охлаждение и смазывание метчика в процессе обработки, тем выше его стойкость и качество получаемого резьбового отверстия. Во многих случаях предпочтительнее внутренний подвод СОЖ через метчик под давлением до 50 атм, обеспечивающий эффективное охлаждение инструмента и отвод стружки.

Резъбофрезерование широко используется для обработки резьб среднего и большого диаметра с точностью 7Н, 7h на специализированных станках, а также наружных и внутренних резьб — на станках с ЧПУ, в частности обрабатывающих центрах. Производительность и стабильность резьбофрезерования значительно выше, чем нарезания резцами.

Резьбофрезерование выполняют дисковыми или гребенчатыми фрезами. Дисковые обычно используют для изготовления длинных резьб трапецеидального и треугольного профиля с шагом более 3 мм. Их применяют для предварительного формообразования резьб ходовых винтов под чистовую калибровку резцом или шлифованием. Крепежные резьбы выполняют за одну операцию Схема резьбофрезерования дисковой фрезой приведена на рис. 3.212.

Рис. 3.211. Устройство для нарезания резьб метчиками

Рис. 3.212. Схема выполнения резьбы дисковой фрезой (а) и дисковая резьбовая фреза (б)

Дисковую фрезу устанавливают относительно заготовки под углом подъема витков нарезаемой резьбы со. Фреза в процессе работы совершает вращательное движение (движение резания) и перемещается вдоль оси заготовки с подачей, равной шагу резьбы за оборот заготовки. Обрабатываемая деталь медленно вращается, обеспечивая круговую подачу. Для фрезерования резьб используют схемы как попутного, так и встречного фрезерования. При попутном увеличивается стойкость инструмента, а при встречном выше точность и качество обработанной поверхности.

Дисковые резьбовые фрезы могут иметь зубья с профилем впадины нарезаемой резьбы, но для улучшения условий стружкообразования и снижения сил резания рекомендуют использовать такие, зубья которых смещены по сторонам и частично перекрывают друг друга для полной обработки впадины между витками. В таких фрезах зубья работают преимущественно одной стороной. Для обеспечения точности один или несколько зубьев выполняют профильными.

Для обработки резьб в отверстиях на станках с ЧПУ используют специальные резьбовые однониточные фрезы (рис. 3.213).

Гребенчатые (групповые) резьбовые фрезы применяют для нарезания коротких наружных и внутренних резьб обычно треугольного профиля с шагом 1...3 мм. Для резьб большого шага они малоприменимы из-за большой протяженности одновременно работающих режущих кромок.

Гребенчатые фрезы можно рассматривать как совокупность дисковых, имеющих длину, на два и более шага превышающую длину нарезаемого резьбового участка детали, и одновременно фрезерующих все витки. Фрезы снабжены кольцевыми витками с профилем нарезаемой резьбы. По наружному цилиндру фрезы сделаны продольные прямолинейные или винтовые канавки, формирующие режущие кромки. Винтовые канавки способствуют более спокойной и плавной работе фрезы, так как режущие кромки постепенно входят и выходят из зацепления с заготовкой. В целях сохранения постоянного профиля резьбы при переточках применяют фрезы с затылованными зубьями.

Рис. 3.213. Нарезание резьбы на станке с ЧПУ

Рис. 3.214. Фрезерование наружной (а) и внутренней (б) резьб групповыми фрезами и групповая резьбовая фреза (в)

Схема работы гребенчатой резьбовой фрезы показана на рис. 3.214. В процессе фрезерования ось заготовки располагается параллельно оси фрезы. Фреза и заготовка имеют вращательное движение. Кроме того, фреза совершает медленное поступательное перемещение вдоль оси S_пр, равное шагу нарезаемой резьбы на оборот заготовки, и поперечное перемещение (радиальную подачу) — на высоту резьбы.

Фрезерование начинают с радиального врезания вращающейся гребенчатой фрезы в неподвижную заготовку. После завершения врезания требуется выполнить один полный оборот заготовки. Законченный цикл обработки резьбы по всей длине требует ~ 1,25 оборота заготовки. Так как ось фрезы параллельна оси заготовки и фреза имеет кольцевые витки, при обработке наблюдается искажение профиля резьбы.

Предпочтительнее применение схемы встречного фрезерования, которое обеспечивает меньшие силы резания, лучшее качество обработанной поверхности и большую стойкость инструмента. Для внутренней резьбы в глухих отверстиях также снижается опасность затягивания стружки в зазоры между задними поверхностями фрезы и обработанными поверхностями. В то же время для труднообрабатываемых материалов иногда рационально применение схемы встречного фрезерования.

Гребенчатыми резьбовыми фрезами получают как цилиндрические, так и конические резьбы. В последнем случае используют конические гребенчатые резьбовые фрезы. Метод фрезерования резьбы гребенчатой фрезой в несколько раз производительнее нарезания резцом.

Фрезерование наружных и внутренних резьб широко используют при обработке на многоцелевых станках с ЧПУ корпусных и других деталей, имеющих множество резьбовых элементов. В этом случае вместо вращения детали используют круговую подачу инструмента, осуществляемую по управляющей программе. Такая обработка целесообразна для нарезания наружной резьбы диаметром более 4 и внутренней — более 8 мм.

На рис. 3.215 показаны инструменты для резьбофрезерования на станках с ЧПУ. С помощью таких фрез можно обрабатывать резьбы на очень крупных деталях, в глухих отверстиях, при больших диаметрах. Для фрезерования резьбы необходим фрезерный станок с одновременным программным управлением по трем осям, обеспечивающий движение по кругу в плоскости XY и линейное перемещение по оси Z. Движение по кругу формирует диаметр резьбы, а линейное перемещение — шаг. Комбинация винтового движения с необходимым профилем гребенок фрезы обеспечивает получение требуемой резьбы. Можно обрабатывать внутренние и наружные, правые и левые резьбы. Разные резьбы получают путем различных комбинаций направления вращения и подачи.

Рис. 3.215. Резьбовые фрезы:

а — с прямолинейными стружечными канавками; б — с винтовыми стружечными канавками в — для обработки резьбовых отверстий в сплошном материале; г — со сменными пластинами

Рис. 3.216. Фрезерование внутренней резьбы:

1 — позиционирование; 2 — смещение от оси отверстия; 3 — врезание и фрезерование резьбового отверстия; 4 — смещение фрезы к центру обработанного отверстия; 5 — вывод фрезы из отверстия

На рис. 3.216 приведена последовательность нарезания резьб, включающая позиционирование в заданную точку, смещение инструмента от оси отверстия в точку начала врезания, врезание и фрезерование резьбового отверстия, смещение фрезы к центру обработанного отверстия и вывод из готового отверстия. Когда позволяет длина резьбового участка резьбы, обработка может быть выполнена за один полный оборот (без учета врезания). Если длина резьбового участка фрезы меньше протяженности нарезаемой резьбы — требуется несколько оборотов, число которых зависит от шага резьбы и разницы в длинах резьбовых участков фрезы и отверстия.

При использовании специальных фрез возможна обработка резьбового отверстия без предварительного засверливания (рис. 3.217).

Рис. 3.217. Фрезерование резьбы в сплошном материале:

1 — позиционирование; 2 — смешение от оси отверстия; 3 — фрезерование резьбового отверстия; 4 — смещение фрезы к центру обработанного отверстия; 5 — вывод фрезы из отверстия

Фрезерование внутренней резьбы фрезами малого диаметра улучшает условия подачи СОЖ и отвод стружки, однако меньшая жесткость и прочность может привести к возникновению вибраций и поломке инструмента.

На практике используют два основных метода врезания фрезы: тангенциальный по дуге и тангенциальный по прямой. Принципиально возможно радиальное врезание фрезы, когда инструмент подводится к детали по прямой в направлении к центру, однако при этом неблагоприятны условия обработки (большой угол охвата) и сложно избежать зареза при переходе к движению по окружности. Тангенциальное врезание по дуге (рис. 3.218, б, рис. 3.219) является предпочтительным. Инструмент на ускоренном ходу подводится к обрабатываемой поверхности не ближе 0,5 мм. Из этой точки по радиусу производится врезание с плавным переходом к обработке полного профиля резьбы. После завершения обработки фреза в том же режиме отводится. Метод тангенциального врезания по касательной (рис. 3.218, а) прост, имеет те же достоинства, что и врезание по дуге, но применим только для наружной резьбы.

Рис. 3.218. Схемы врезания и обработки при фрезеровании наружных резьб с врезанием по прямой (а) и по дуге (б)

Рис. 3.219. Схемы врезания и обработки при фрезеровании внутренних резьб

По сравнению с другими способами обработки резьбы резьбофрезерование имеет следующие преимущества:

• сокращение машинного времени благодаря высоким скоростям резания и подачам, возможности полной обработки за один рабочий ход;

• сокращение номенклатуры за счет использования одного инструмента для получения как левых, так и правых наружных и внутренних резьб конкретного шага, одного корпуса фрез со сменными пластинами для получения резьб различного шага.

Рис. 3.220. Нарезание прямоугольной резьбы концевой фрезой

Существует множество других схем фрезерования резьб, например концевыми фрезами (рис. 3.220) и методом обкатывания, имитирующим работу зацепления винтовых шестерен. Последний используется при обработке многозаходных резьб крупного профиля (червяков).