Соблюдая постоянную скорость подачи на станке по длине вращающегося прутка, инструмент врезается в него своей вершиной и нарезает винтовой канал (рис. 1).
Рис. 1. Схема нарезания наружной резьбы:
а – схема движения инструмента и заготовки; б – нарезание однозаходной резьбы резцом
Величина наклона линии винтового канала к плоскости, которая перпендикулярная центру вращения прутка, находится в зависимости от того, с какой частотой вращается патрон с прутком и подается резец. Эта величина получила название µ – угол, под каким поднимается винтовая линия (рис. 2).
Рис. 2. Геометрия винтовой линии:
µ - угол наклона винтовой линии; P – шаг винтовой линии; L – длина окружности шага винтовой линии
Измеренное вдоль прутка расстояние между гребнями винтовых линий, имеет название Р – шаг винтовой линии. Развернутый на плоскости отрезок с поверхности прутка имеет вид прямоугольного треугольника АБВ. Из него определяется:
tgµ=P/(πd),
где d – сечение прутка по внешней поверхности резьбы.
Углубляя резец в тело прутка, по ходу заготовки вырезается винтовая канавка. Ее внутренняя конфигурация повторяет форму режущей кромки инструмента. Резьбой называется винтообразная линия, образующаяся на поверхности тел вращения. С ее помощью соединяются, уплотняются либо обеспечиваются какие-либо перемещения частей деталей и узлов механизмов. Резьба бывает конической и цилиндрической.
Разный профиль резьбы используется для резьбовых соединений, различных друг от друга. Резьбовой профиль – это контур диаметра в плоскости, которая пересекает ее центр. Большое распространение получили резьбы, имеющие следующие профили:
- прямоугольный;
- трапецеидальный;
- остроугольный.
Резьба может быть левой и правой. Болты с правой резьбой закручивают, вращая по часовой стрелке, болты с левой резьбой закручивают, вращая против часовой стрелки. Бывают многозаходные и однозаходные резьбы. Однозаходные выполнены одной сплошной нитью резьбы. Многозаходные резьбы имеют несколько сплошных ниток.
Нитки резьбы располагаются эквидистантно. На торце гайки либо болта, в начале резьбы, хорошо видны все нитки и их количество (рис. 3, а и б). Многозаходные резьбы имеют шаг Р и ход Рₓ. Ход по ГОСТ 11708-82 – длина, отмеренная вдоль линии, которая параллельная резьбовой оси, между произвольной точкой на стороне сбоку резьбы и средней точкой, которая получается от передвижения начальной точки посередине винтового канала с углом 360˚ между сопрягаемыми точками того же витка и той же нитки резьбы.
На многозаходной резьбе ход равняется шагу, умноженному на количество заходов:
Рₓ=kР,
где k – количество заходов.
Рис. 3. Многозаходная резьба:
А – двухзаходная; б – трехзаходная; Ph и P = шаг и ход резьбы
Создание резьбы с помощью резцов
Резцы получили всеобщее признание в качестве лучшего инструмента для нарезания резьб – как внутренней так и наружной на токарно-винторезных станках (рис. 4). Для нарезания резьбы используются резцы:
- круглые;
- призматические;
- стержневые.
Геометрия инструментов – аналогичная фасонным. Резцами, имеющими углы вершины ε=60˚±10' метрической резьбы и ε=55˚±10' дюймовой резьбы. Поскольку суппорт станка, перемещаясь, допускает погрешности, они приводят к возрастанию резьбового угла. По этой причине часто используют резцы, имеющие угол ε=59˚30' .
На его вершине имеется либо фаска либо скругление. Это зависит от конфигурации впадины резьбы, которую нарезают.
Рис. 4. Упрощенная кинематическая схема нарезания резьбы на токарно-винтовом станке:
1 – заготовка; 2 – суппорт; 3 – ходовой винт; M – электродвигатель; d1, d2 – диаметры шкивов; P – шаг ходового винта; z1, …, z10 – шестерни; n – частота вращения заготовки; Ds – направление движения подачи
Резцы для нарезания резьб оснащаются специальными пластинами. Их предварительно изготавливают из твердых сплавов и быстрорежущих сталей. Детали обрабатываются до состояния, когда внешнее сечение меньше внешнего сечения резьбы, которая будет нарезаться.
У метрических резьб сечением до 30 мм такая разбежность будет равняться 0,14…0,28 мм, сечением до 48 мм – 0,17…0,34 мм, сечением до 80 мм – 0,2…0,4 мм. Металл обрабатываемой детали в процессе нарезания резьбы подвергается деформации. Из-за этого внешнее сечение резьбы увеличивается. Поэтому сечение заготовки уменьшено.
Для нарезания особо точной резьбы в отверстии, данную операцию совершают после его растачивания. Обычную резьбу выполняют после того, как будет просверлено отверстие. Формула для сечения отверстия для резьбы, в миллиметрах:
d˳=d-P,
где d – внешнее сечение резьбы, мм; Р – шаг резьбы, мм.
Сечение отверстия для резьбы рекомендуется делать немного больше, чем ее внутреннее сечение. В процессе обработки заготовки и нарезания резьбы материал повергается деформациям. Поэтому сечение отверстия становится меньше. Вследствие этого значение вышеприведенной формулы необходимо увеличить.
Увеличение производится на 0,2…0,4 мм в процессе работы с вязкими металлами – сталь, латунь и на 0,1…0,02 мм при обработке хрупких металлов – бронзы и чугуна. Часто резьбу заканчивают специальной канавкой для выхода инструмента. Это может быть обязательным условием чертежно-технической документации.
Диаметр внутри канавки рекомендуется делать меньше на 0,1…0,3 мм, чем внутреннее сечение резьбы. Ширина канавки b=(2…3)Р. Во время изготовления шпилек, болтов, резьбовых валов часто во время отвода резца наблюдается сбег резьбы. Чтобы выполнить нарезание резьбы точнее и удобнее, в торце заготовки делают выступ протяженностью 2…3 мм.
Сечение выступа равняется внутреннему сечению резьбы. Этой меткой засекают последний проход инструмента. Нарезав резьбу, выступ обрезают. Точность, с которой установлен резец по отношению к линии центровки, во многом влияет на качество резьбы в целом. Необходимо правильное расположение инструмента, соблюдая биссектрису угла в профиле резьбы перпендикулярно к осевой линии заготовки.
Для этого существует специальный шаблон. Он прикладывается к уже обработанной поверхности заготовки вдоль осевой линии станка. Совмещаются два профиля – шаблона и резца. По величине зазора между ними определяют точность крепления резца. Инструменты для нарезания резьб крепятся строго на центровочной линии станков.
Резцами на токарно-винторезных станках нарезают резьбы в течение нескольких проходов. Пройдя один раз, инструмент отводят назад. Новый проход делают после того, как установят требуемую глубину выборки металла по нониусу ходового винта поперечного хода суппорта.
Нарезая резьбу с шагом до 2 мм, подачу необходимо выставить 0,05…0,2 мм за каждый проход. Нарезая резьбу сразу двумя кромками резания, наматывающаяся на резец стружка снижает качество и чистоту работы.
С целью предотвращения спутывания стружки, начиная рабочий проход, резец необходимо смещать на величину 0,1…0,15 мм по очереди влево и вправо. Эта операция достигается движением суппорта, расположенного сверху. При этом деталь обрабатывается одной кромкой резания. Черновых проходов необходимо 3…6, чистовых – 3.
Как нарезать резьбу метчиком и плашкой
Внешнюю резьбу на шпильках, болтах, винтах, резьбовых валах нарезают плашками. Перед этим часть заготовки, где будет нарезаться резьба, подвергают предварительной обработке. Сечение поверхности обработки оставляют немного меньшим, чем внешнее сечение резьбы. У метрической резьбы сечением 6…10 мм должна быть разность 0,1…0,2 мм, сечением 11…18 мм – 0,12…0,24 мм, сечением 20…30 мм – 0,14…0,28 мм.
Чтобы облегчить заход, на торце заготовки снимается фаска, которая должна соответствовать высоте профиля резьбы. Плашка закрепляется в специальном патроне. Патрон устанавливается в пиноль задней бабки либо гнездо револьверной головки. Нарезание резьб плашками производится со скоростью v=3…4 м/мин для стальных деталей, 2…3 м/мин для чугунных, 10…15 м/мин для латунных.
Метрические резьбы внутри деталей сечением до 50 мм нарезаются метчиками. В токарных станках используются машинные метчики. Данная технология позволяет выполнять работы по нарезанию резьбы за один проход. В вязких и твердых металлах практикуют нарезание резьб комплектами из метчиков.
Комплекты состоят из двух, трех либо нескольких метчиков одновременно. Если используются два метчика, то первый из них (черновой) осуществляет 75% от всего объема работы. Чистовой метчик подгоняет резьбу до необходимых параметров. В комплекте, состоящем из 3-х метчиков первый (черновой) изготавливает 60% всего объема, второй (получистовой) – 30%, третий (чистовой) – 10%.
Все метчики из комплектов различаются по величине заборной кромки. Наибольшая длина у заборной кромки чернового метчика. Устанавливая метчик в револьверную головку, на хвостовик закрепляют с помощью винта специальное кольцо. Этим кольцом метчик держится в патроне по аналогии с плашкой.
Метчиками нарезают резьбу со скоростью v:
- для стальных деталей – 5…12 м/мин;
- для алюминия, бронзы, чугуна – 6…22 м/мин.
Нарезание резьбы метчиками сопровождается поливом охлаждающей жидкостью – маслом либо эмульсией.
Способы нарезания резьб резьбонарезными головками
Резьбонарезные винторезные головки используют при необходимости нарезания внутренних и наружных резьб. Головки работают на станках: токарных автоматах, токарно-револьверных и токарных станках. Хвостовиком резьбонарезная головка крепится в пинолях задней бабки либо револьверной головке.
Для винторезных головок используют круглые, тангенциальные, радиальные гребенки. Закончив нарезание резьбы, гребенки раздвигаются в автоматическом режиме. При осуществлении обратного хода они не взаимодействуют с резьбой.
Наружная резьба чаще всего выполняется головкой, имеющей круглые гребенки. Она имеет простое устройство, с возможностью множественных переточек. Ее стойкость намного выше, чем тангенциальной и радиальной. По конструктивным особенностям и принципу работы различия незначительные.
Внутренняя резьба обычно нарезается резьбонарезными головками с установленными гребенками призматического типа. Кромки для резания у них находятся на одном сечении. Имеется конус для захода в резьбу. Количество гребенок в одном комплекте соответствует величине головки.
В рабочем комплекте гребенки смещены относительно друг друга. Смещение соответствует углу подъема винтовой линии резьбы нарезания. Обрабатывая червяки и винты с длинной резьбой, повышают производительность, используя резцовые головки, закрепляя их на суппорте станка.
Контроль состояния резьб при нарезании
Резьбовым шаблоном проверяется шаг резьбы. Инструмент состоит из пластины 2 с вырезанными на ней зубцами (рис. 5). Шаг резьбы нанесен на плоскую часть шаблона. Набор всех шаблонов с дюймовыми и метрическими резьбами помещен в кассету 1. Этими шаблонами проверяется только шаг резьбы.
Рис. 5. Резьбовой шаблон:
1 – кассета; 2 – пластина
Правильность выполненной на детали внутренней и наружной резьбы комплексно оценивают с помощью резьбовых калибров (рис. 6). Резьбовые калибры разделяют на:
- проходные, имеющие полный профиль резьбы и являющиеся как бы прототипом детали резьбового соединения;
- непроходные, контролирующие только средний диаметр резьбы и имеющие укороченный профиль.
Рис. 6. Резьбовые калибры:
А – предельная резьбовая роликовая скоба; б – проходное кольцо; в – резьбовой калибр; г – непроходное кольцо
Шаг резьбы, внутренний, средний и наружный диаметр проверяют резьбовыми микрометрами (рис. 7). Прибор имеет посадочные отверстия в пятке и шпинделе, в них закрепляют комплекты со сменными вставками. Они соответствуют параметрам резьб, которые необходимо измерять. Чтобы удобнее было работать, инструмент закрепляется в стойке и настраивается по эталону либо образцу.
Рис. 7. Измерение резьбовым микрометром
Перед контролем проверяемые детали необходимо очистить от стружки и грязи. В процессе контроля следует осторожно обращаться с калибрами, чтобы на их рабочей резьбовой поверхности не появились забоины и царапины.