Резьбонарезные станки

Способов нарезания резьбы много: резцом на токарно-винторезных станках (наружных и внутренних резьб различного профиля); метчиком на сверлильных станках; плашкой; гребенками; резьбонарезными головками; накаткой; фрезерованием.

Для более производительной работы применяют специализированное оборудование. В условиях общего машиностроения применяют резьбонакатные, резьбофрезерные и резьбошлифовальные станки.

При накатывании резьбы используют метод пластического деформирования материала без снятия стружки. Заготовка, прокатываясь между круглыми или плоскими накатными инструментами, сдавливается. При этом деформируемый при большом давлении металл заполняет впадины между витками резьбы инструмента и таким образом на заготовке создается резьба без снятия стружки. Этот метод нашел широкое применение, особенно в массовом и крупносерийном производствах.

обработка накатными роликами

Инструмент для накатывания резьбы — плашки, резьбовые сегменты, ролики с винтовой или кольцевой нарезкой, затылованные ролики. Накатывание резьбы производят на резьбонакатных автоматах и полуавтоматах, а иногда на токарных и револьверных станках.

В зависимости от направления подачи инструмента и заготовки методы накатки резьбы делятся на тангенциальный и радиальный. Накатывают метрические и дюймовые резьбы, с треугольным, круглым, трапецеидальным и другим профилем, на наружных и внутренних поверхностях. Этим способом получают резьбу на деталях из сталей и цветных металлов, а также мелкие шлицы, зубья, рифления, кольцевые выступы и канавки на тонкостенных изделиях. Точность резьбы 4 – 6 квалитета, шероховатость – до 10-го класса.

Получение резьбы накатыванием осуществляется копированием профиля накатного инструмента путем его вдавливания в металл заготовки. На токарных, токарно-револьверных станках и станках-автоматах накатывают резьбы диаметром 5-25 мм одним роликом. Резьбу накатывают при вращении заготовки в патроне или цанге и при поступательном перемещении суппорта станка вместе с накатником, в который вмонтирован накатной ролик. При этом необходимо следить за величиной деформации заготовки под действием односторонней радиальной силы.

Резьбонакатные ролики используют для накатывания наружных резьб. Этот процесс является более совершенным по сравнению с накатыванием, например, плоскими плашками, хотя и значительно уступает ему по производительности (60... 80 шт./мин). Ролики обеспечивают более точную резьбу, так как работают с малыми давлениями и, кроме того, резьба на роликах вышлифовывается с высокой точностью и малой шероховатостью поверхности. Установка и регулирование роликов на размер проще и точнее, чем плашек. Благодаря постепенной радиальной подаче роликов нагрузка на витки распределяется более равномерно, поэтому можно производить накатку резьбы даже на полых заготовках, а также на заготовках из малопластичных материалов. Ролики позволяют производить накатку резьб на заготовках диаметром от 2 до 60 мм, что значительно выше, чем плашками.

Направление резьбы на роликах обратное накатываемой. По оси ролики смещены на полшага относительно друг друга так, что выступы витков одного ролика входят во впадины витков другого ролика. При вращении роликов осевое перемещение заготовки отсутствует. Поэтому можно накатывать резьбу на заготовках с буртиками и на конических поверхностях. Наличие осевого перемещения свидетельствует о погрешностях шага резьбы роликов, а попытки установить для заготовки упоры приводят к порче резьбы.

резьбонакатные головки

Накатывание резьбы диаметром до 50 мм происходит в более благоприятных условиях при применении резьбонакатных головок с тремя и более роликами. Кроме накатывания резьбы резьбонакатные головки выполняют такие виды пластической обработки, как отгибание кромок, накатка желобков, вальцовка точёных элементов труб, уменьшение диаметра, накатывание рифлений и многое другое. Головки могут быть самораскрывающимися и нераскрывающимися. Ролики выполняют с кольцевой и винтовой резьбой. Ролики с кольцевой резьбой устанавливают в головке под углом подъема винтовой линии накатываемой резьбы и смещают один относительно другого на 1/z шага, где z - число роликов в комплекте. Ролики с винтовой резьбой устанавливают параллельно оси заготовки. Накатывание резьбы производится, как правило, при самозатягивании головки, поэтому осевая подача инструмента на заготовку необходима только в начальный период, пока ролики не захватят заготовку. При накатывании поверхность резьбы получается уплотненной и без микронеровностей, характерных для обработки резанием, что повышает прочность резьбы. Резьбы можно накатывать на деталях из различных материалов. Материал считается пригодным для накатывания резьбы, если его относительное удлинение превышает 12%. При накатывании резьб рекомендуется применять в качестве смазочно-охлаждающей жидкости эмульсию или масло.

Для получения резьбы методом пластической деформации на внутренней поверхности применяют раскатники. В процессе работы раскатник вращается относительно детали при принудительной подаче вдоль оси. Раскатники представляют собой стержни с нарезанной резьбой, соответствующей профилю накатываемой резьбы, с заборной и калибрующей частями и хвостовиком. Внешне они подобны метчикам, но, в отличие от них, не имеют стружечных канавок и, соответственно, режущих зубьев.

раскатники

К числу достоинств метода накатывания резьбы относятся: высокая производительность (в несколько раз большая, чем при обработке резанием); низкая шероховатость поверхности резьбы; повышенные твердость, прочность и износостойкость поверхностного слоя накатанной резьбы благодаря наклепу; повышенная усталостная прочность детали.

К числу недостатков относятся: высокая стоимость инструментов; пониженная точность резьбы по сравнению со шлифованием; необходимость точного подбора размеров заготовки и инструмента, правильного выбора режима накатки, так как возможно появление перенаклепа, чешуйчатости и отслаивания материала по резьбе.

Резьбонакатные плоские плашки применяются для накатки наружных резьб различного профиля: метрических, упорных, трапецеидальных, а также различных видов шурупных резьб, червяков, рифлений, кольцевых и винтовых канавок на заготовках из пластичных материалов.

накатывание резьбы плоскими плашками

Плоские плашки применяются в виде комплекта из двух плашек. Одна плашка крепится неподвижно на столе станка, а вторая связана с ползуном станка и в процессе работы совершает возвратно-поступательное движение. При ходе влево подвижная плашка захватывает заготовку, подаваемую специальным механизмом станка, и прокатывает ее по неподвижной плашке.

На поверхностях плашек, обращенных друг к другу, нанесены (фрезерованием и шлифованием) развернутые витки резьбы с углом наклона к направлению движения, равным углу подъема накатываемой резьбы. При настройке операции витки подвижной и неподвижной плашек смещают вдоль оси заготовки относительно друг друга на половину шага резьбы так, чтобы выступы витков подвижной плашки точно попадали во впадины витков неподвижной плашки.

Формирование резьбы осуществляется также методом холодного пластического деформирования, но, в отличие от роликов и плашек, при этом имеет место не трение качения, а трение скольжения, вызывающее повышенный износ инструмента. По сравнению с метчиками накатники обладают большей прочностью, обеспечивают получение точных резьб с низкой шероховатостью поверхности, повышение прочности резьбы (до 20 %). Наибольшее применение они нашли в приборостроении при накатке резьбы в пластичных материалах, в листовых заготовках из цветных металлов с длиной резьбы меньше диаметра, а также при накатке резьбы в глухих отверстиях в вязких и мягких сталях.

Резьбонакатные станки являются высокотехнологичным, высокопроизводительным оборудованием для обработки любых видов наружных резьб и винтовых поверхностей на деталях тел вращения диаметром от 2 мм до 120 мм. Накатывание резьбы производится на сталях с пределом прочности до 130 кг/мм и твердостью до 37…38 HRC, а также на никелевых, титановых и других сплавах. Обработка резьбы производится путем холодного деформирования металла между вращающимися резьбонакатными роликами.

резьбонакатный станок

В результате накатки механические характеристики обработанных поверхностей улучшаются - по твердости на 30%, по прочности на 10%. Шероховатость накатанных поверхностей резьбы соответствует полированию, повторяемость точностных параметров накатанных резьб в пределах 0,02 мм.

Станки оснащаются современными комплектующими изделиями, что позволяет все технологические параметры (усилие накатки, частоту вращения резьбонакатных шпинделей, скорость перемещения резьбонакатной головки, время накатки и время на замену детали) вводить и оперативно изменять непосредственно с пульта станка в диалоге с контроллером. Станки имеют три режима управления – автоматический, полуавтоматический и ручной (наладочный).

Резьбофрезерование – один из наиболее производительных методов. Выполняется на специализированных резьбофрезерных станках. Для фрезерования используют дисковые и гребенчатые фрезы.

фрезерование резьбы дисковой и гребенчатой фрезой

При фрезеровании инструмент вращается с высокой скоростью (главное движение резания). Для образования винтовой поверхности необходимо сложное формообразующее движение. Оно состоит из медленного вращения заготовки (круговая подача) и согласованного продольного перемещения фрезы (продольная подача).

На одних станках дисковой продольной фрезой нарезают резьбу большого шага и на большой длине (например, на ходовых винтах). По своей компоновке такие станки аналогичны токарно-винторезным станкам с тем отличием, что вместо резьбового резца на суппорте установлена фрезерная головка с закрепленной на ее шпинделе дисковой резьбовой фрезой, расположенная для удобства наблюдения за процессом обработки не перед заготовкой, как резец, а за ней. Заготовку устанавливают в центрах, а ось фрезы поворотом фрезерной головки в вертикальной плоскости устанавливают к оси вращения под углом, равным углу подъема винтовой линии нарезаемой резьбы. Фрезе сообщаю главное вращательное движение и продольную подачу вдоль оси заготовки, которая вращается с круговой подачей. Движения подач должны быть строго согласованы между собой: продольная подача за время одного оборота заготовки должна быть равна величине шага нарезаемой резьбы. Также фрезе в начале обработки сообщают поперечное движение для установки ее на глубину профиля резьбы.

На других станках гребенчатыми фрезами обрабатывают сразу по всей длине короткие, мелкие резьбы. Гребенчатая фреза представляет собой как бы набор дисковых фрез. На части оборота заготовки происходит радиальное углубление (врезание) в нее инструмента на высоту профиля. Затем следует один полный оборот заготовки, в процессе которого каждая нитка фрезы полностью нарезает резьбу на длине одного шага (хода). Так как витки по всей длине резьбы обрабатываются одновременно, процесс фрезерования значительно ускоряется. Гребенчатые фрезы применяют для нарезания наружных и внутренних резьб. Минимальная длина гребенчатой фрезы должна быть на 2-3 шага больше длины фрезеруемой резьбы.

фрезерование внутренней резьбы

Ось гребенчатой фрезы располагают параллельно оси заготовки, что приводит к некоторому искажению профиля резьбы. Поэтому этот способ рекомендуется применять для неответственных резьб с шагом менее 6 мм. Преимущество этого способа – его высокая производительность. Нарезание резьбы выполняют примерно за 1.2 оборота заготовки.

резьбофрезерный полуавтомат

Одним из традиционных способов нарезания резьбы является работа метчиками. Область безусловного применения метчиков – нарезание резьбы в отверстиях диаметром от 1 до 10 мм.

Обработка резьбовых отверстий всегда была одной из наиболее медленных технологических операций. При нарезании резьбы метчиком существуют жесткие требования к соответствию подачи и шага резьбы, а также к соосности инструмента и обрабатываемого отверстия. При использовании метчиков шпиндель меняет направление вращения на противоположное два раза за один цикл нарезания резьбы, что при большим количестве отверстий и работе с высокой производительностью приводит к его преждевременному износу. В станках нового поколения применяют специальные резьбонарезные патроны, осуществляющие реверс метчика без изменения направления вращения шпинделя.

резьбонарезной патрон с автоматическим реверсом

В гибких производственных системах применяются резьбонарезные манипуляторы, которые состоят из нескольких рычагов с шарнирным соединением и резьбонарезного патрона с пневматическим приводом движения. Эти машины используются для нарезания резьбы от М2 метчиками с частотой вращения от 80 до 1000 об/мин. Обработка возможна в любом положении. Станки снабжены быстросменными патронами, каждый из которых предназначен для определенного типа резьбы. Непосредственно в патроны вставляются вставки для метчиков. Быстросменные вставки часто снабжаются предохранительными муфтами, предотвращающими поломку инструмента.

резьбонарезные станки-манипуляторы

В крупносерийном и массовом производстве нарезание резьбы в гайках выполняется на специальном гайконарезном автомате посредством метчиков с прямым или изогнутым хвостовиком. При высокой производительности такой автомат обладает существенным недостатком – на нем можно обрабатывать гайки только одного размера.

гайконарезной автомат

В условиях серийного производства иногда применяется, так называемое, вихревое нарезание резьбы. Этот способ используется преимущественно для нарезания длинных ходовых винтов.

станок для вихревого нарезания резьбы

Главное вращательное движение сообщается вихревой резцовой головке. Продольная подача настраивается на шаг нарезаемой резьбы. Специальный станок создан на базе токарно-винторезного станка.

Шлифование резьбы применяют при изготовлении резьбонарезного инструмента, резьбовых калибров, накатных роликов, ходовых винтов, червячных фрез в мелкосерийном и серийном производстве. При шлифовании резьбы используют однониточные и многониточные абразивные круги. Схемы резьбошлифования аналогичны схемам резьбофрезерования, только вместо резьбовых фрез используются профильные шлифовальные круги (однониточные вместо дисковых и многониточные вместо гребенчатых).

При шлифовании резьбы однониточным кругом его ось вращения устанавливают под углом к оси вращения заготовки, равным углу подъема винтовой линии резьбы. Профиль абразивного круга соответствует профилю впадины шлифуемой резьбы. Во время обработки круг получает вращательное движение (главное движение), а заготовка — вращение с круговой подачей и перемещение вдоль своей оси на шаг резьбы за один оборот заготовки (продольная подача). Этим способом можно шлифовать резьбы высокой точности, различного профиля и длины.

Шлифование резьб многониточными кругами выполняют с продольной подачей и методом радиального врезания (врезное шлифование). Оси образивного круга и заготовки устанавливают параллельно. Врезное шлифование применяют для обработки коротких

резьб и деталей с кольцевой нарезкой (резьбовые фрезы). При обработке вращающийся круг врезается с радиальной подачей на полную или установленную глубину профиля резьбы за время 1/2 оборота заготовки, при этом заготовка за один оборот переместится вдоль своей оси на шаг резьбы. Обработка завершается за 1,5 оборота заготовки. Ширина круга должна превышать длину резьбы больше чем на 2 шага. Шлифование резьбы многониточным кругом с продольной подачей применяют при шлифовании длинных резьб. Кругу, установленному на полную глубину профиля резьбы, сообщают главное вращательное движение, заготовке — вращение с круговой подачей и перемещение с продольной подачей на шаг за каждый ее оборот. Первые по движению нитки круга выполняют предварительное шлифование, а последние — окончательное.

резьбошлифовальный станок

Шлифование многониточными кругами целесообразно применять для резьб невысокой точности с шагом до 4 мм. Так как оси абразивного круга и заготовки расположены параллельно, то при обработке резьбы получается искажение профиля резьбы. Для нормальных резьб с малым углом подъема винтовой линии резьбы это искажение незначительно. Для шлифования резьб с большим шагом и углом подъема многониточные круги не применяют.

Резьбошлифовальные станки по конструктивным признакам различают по средствам настройки для получения заданного шага резьбы; способу установки на угол подъема винтовой линии резьбы для получения точного профиля резьбы; видам движения затылования при шлифовании инструментов с затылованными зубьями. Для получения заданного шага резьбы столу станка с заготовкой сообщают продольное перемещение посредством ходового винта и сменных зубчатых колес, сменных ходовых винтов. Установка на угол подъема винтовой линии достигается поворотом стола с заготовкой или поворотом шлифовальной бабки или корпуса шлифовального шпинделя.