Вихревое нарезание резьбы

Вихревое нарезание называется также нарезанием резьбы резцовыми головками, летучими резцами или однозубыми фрезами. Основное движение резания (рис.) обеспечивается вращением головки с расположенными на кольцевой планшайбе резцами (от одного до четырех), описывающими своими вершинами эксцентричную окружность вокруг детали. При этом сама головка наклонена по отношению к оси детали на угол подъема винтовой линии. Таким образом главное движение резания осуществляется вращением инструмента, движение подачи - вращением заготовки, а продольное движение подачи - перемещением вихревой головки

Инструмент для вихревого нарезания резьбы

В настоящее время основным инструментальным материалом для резцов является твердый сплав. Скорости резания при обработке сталей составляют 100-125 м/мин.

В зависимости от вида резьбы и высоты профиля в головке может быть установлено от одного до трех резцов с распределением припуска (один полнопрофильный резец; два резца для обработки правой и левой стороны профиля; два черновых резца для прорезки канавки, чистовой для обработки профиля и резец для снятия заусенцев и обработки дна впадины).

Расположение резцов в вихревой головке

Резцы в головке могут располагаться радиально (рис. а) и тангенциально (рис. б). При тангенциальном расположении преимущества заключаются в более благоприятном восприятии силы резания, действующей вдоль инструмента, простота переточки, простота проектирования и изготовления инструмента и возможность простой настройки резцов в головке.

 

Вихревое резьбонарезание обычно производят без охлаждения, стружку удаляют сжатым воздухом. При этом способе обработке резьбы нагрев заготовки минимален, тепло уходит в стружку.

Вихревой способ применяют также при обработке внутренних резьб.

Приспособления для вихревого нарезания резьбы устанавливаются на универсальных и токарно-винторезных станках без ходового винта или на резьбофрезерных станках для длинных резьб.

Инструменты для обработки резьбы давлением

При холодной обработке без снятия стружки материал подвергается пластическому деформированию с усилием, превышающим предел текучести, что делает процесс необратимым. При этом, в отличие от процесса резания, материал перемещается, а не удаляется.

микрофотографии сечений профиля резьбы при ее обработке давлением

 

Процесс накатывания резьбы имеет определенные экономические преимущества перед обработкой резанием:

n крайне малое машинное время

n большой период стойкости инструмента

n полное использование оборудования

n простота операции

 

Помимо экономических, накатывание резьбы имеет также ряд технических преимуществ перед обработкой резанием :

• высокая точность профиля резьбы

• более высокая прочность резьбы

• более высокое качество боковой поверхности

• улучшенная износостойкость резьбы

Накатной инструмент

Скорости обработки при накатывании, составляющие от 20 до 90 м/мин существенно выше, чем скорости при обработке резанием. Поэтому обработка накатными роликами перестает быть лимитирующей операцией в цикле обработки.

 

Накатанной поверхности присущи более высокие показатели твердости поверхности по отношению к сердцевине материала. Накатанная поверхность резьбы с высотой микронеровностей менее 5 мкм улучшает сопротивление коррозии и уменьшает трение на резьбе.

В сочетании с упрочнением поверхности высокое качество поверхности увеличивает нагрузочную способность резьбы на 6-12%.

Для накатывания пригодны не все конструкционные материалы

Поскольку материал подвергается пластической деформации давлением, он должен иметь удлинение минимум 5% и его удельное сопротивление не должно превышать 1700 Н/мм².

В общем случае для накатывания пригодны конструкционные, улучшаемые, нержавеющие и жаропрочные стали, а также мягкие бронзы, медь и алюминий.

Не пригодны материалы, имеющие удлинение менее 5%, например, чугуны, твердые бронзы и другие твердые материалы.

Свойства обрабатываемых материалов оказывают существенное влияние на стойкость роликов.

обработка резьбы 5/8" на длину 19 мм на стальной отливке

Для нарезания резьбы плашкой требуется 4,8 секунды. При переходе на накатывание осевой головкой для обработки требуется 0,8 секунды, а при накатывании радиальной головкой требуется всего 0,2 секунды.

Накатной инструмент

Оптимизированная конструкция инструмента для накатывания резьбы обеспечивает большую стойкость комплекта роликов и, соответственно, малую стоимость инструмента на деталь

Данные по стойкости накатного инструмента

Резьбонакатные головки являются компактными узлами, для правильной работы которых необходимо только вращательное движение. Для удовлетворения этого простого условия вполне достаточно простого токарного станка. В то же время эти головки могут применяться на револьверных токарных станках, станках-автоматах и на токарных станках с ЧПУ, давая возможность обработать резьбу на любой детали, которую можно закрепить на данном станке, за очень малую долю общего времени обработки

 

Практически все виды обработки могут быть осуществлены с помощью трех основных типов накатных головок:

осевых,

радиальных

и тангенциальных.

Осевые накатные головки

оснащены, как правило, тремя, а в специальных исполнениях до шести, накатными роликами.

Ролики имеют на периферии прямые (не винтовые) шлифованные канавки, перпендикулярные оси ролика. Ролики установлены в головке под небольшим углом, вызывая тем самым перемещение детали или накатной головки на один шаг резьбы при полном обороте ролика.

Поскольку ролики перемещаются вдоль детали в осевом направлении, с помощью осевых головок можно нарезать сколь угодно длинные резьбы, а также резьбы на несбалансированных деталях

Преимуществом осевых головок является возможность обрабатывать как неподвижную деталь при вращающейся головке, так и вращающуюся деталь при жестко закрепленной головке. Благодаря этому головки являются универсально применяемыми: они могут устанавливаться на продольном суппорте, в револьверной головке, на шпинделе или на задней бабке простых токарных станков, станков-автоматов, станков с ЧПУ и специальных станков.

Радиальные накатные головки

Они разработаны для использования на большинстве типов станков, включая токарные станки с ЧПУ.

При применении этих головок не требуется управление подачей головки на врезание. Радиальные головки отличаются очень высокой производительностью обработки разных профилей.

После установки радиальной головки в исходное положение и перевода рукоятки управления в рабочее положение обработка резьбы происходит за один оборот роликов.

С помощью радиальных накатных головок можно экономично проводить:
обработку очень коротких резьб
обработку резьб на маленьком вылете
обработку резьбы за буртиками
обработку конических резьб
буквенно-цифровую маркировку
выглаживание и формовку

Тангенциальные накатные головки

Они оснащены двумя встречно расположенными роликами, перемещающимися к заготовке по углом 90 градусов к оси. Во время подачи на врезание в тангенциальном направлении формируется резьба.

Процесс формирования заканчивается, когда оси роликов находятся на одной линии с осью детали. Для этого требуется, как правило, от 15 до 30 оборотов детали.

С помощью тангенциальных накатных головок можно проводить:
обработку резьбы за буртиками
обработку очень коротких резьб
обработку резьб на маленьком вылете
обработку конических резьб
буквенно-цифровую маркировку
выглаживание и формовку

 

при накатывании заготовка должна иметь диаметр, равный среднему диаметру резьбы.

Экономически оправданно для уменьшения диаметра пруткового материала независимо от типа заготовки (горячекатанная, тянутая, кованная или фрезерованная) использовать токарные головки для тяжелого резания

Резьбонакатные головки

Раскатники

Для получения резьбы методом пластической деформации на внутренней поверхности применяют раскатники

 

Раскатник имеет заборную часть с конической резьбой длиной L1=3P для глухих и L=(10-20)Р для сквозных отверстий. Калибрующая часть выполнена с цилиндрической резьбой длиной L2=(5-8)Р. По всей рабочей части раскатника выполняется огранка r=0,2-0,6 мм для уменьшения сил трения при обработке резьбы. В процессе работы раскатник вращается относительно детали при принудительной подаче вдоль оси.

 

Фрезы

Определение, назначение, классификация по различным признакам

Определение

Фрезой называется лезвийный инструмент для обработки с вращательным движением резания инструмента (D_г) без возможного изменения радиуса траектории этого движения и хотя бы с одним движением подачи (D_s), направление которого не совпадает с осью вращения.

 

Фреза — это многолезвийный вращающийся инструмент, зубья которого последовательно вступают в контакт с обрабатываемой поверхностью в процессе резания. При относительно медленной подаче, которая осуществляется за счет движения обрабатываемой детали, закрепленной на станке.

Особенность

Особенностью процесса фрезерования является то, что он протекает прерывисто в отличие от точения, сверления и других, при которых режущая кромка находится в контакте с заготовкой до окончания процесса резания

Ширина фрезерования всегда измеряется вдоль оси вращения фрезы

Невозможность изменения радиуса траектории главного движения резания лезвий инструмента, согласно ГОСТ 25751-83, является отличительным признаком фрез.

равномерность фрезерования

Для цилиндрических фрез равномерность фрезерования достигается за счет угла наклона w, обеспечивающего постоянство сечения срезаемой стружки в каждый момент

 

Классификация фрез

По расположению зубьев относительно оси фрезы:

nцилиндрические;

nторцевые (в том числе и торцевые фрезерные головки);

nугловые;

nфасонные;

nдисковые (прорезные и отрезные);

nконцевые;

nшпоночные;

nспециальные.

Классификация фрез

По направлению зубьев:

nпрямозубые;

nс винтовым зубом.

По конструкции фрезы:

nцельные;

nсоставные неразъемные;

nсборные;

nнаборные (составляются из нескольких стандартных или специальных фрез, объединенных в единую конструкцию).

Классификация фрез

По форме зуба:

nострозаточенные;

nзатылованные.

По инструментальному материалу:

nбыстрорежущая сталь (БРС);

nс пластинами твердого сплава (ТС);

nс керамическими пластинами;

nс пластинами из сверхтвердого материала.

По способу крепления на станке:

nконцевые с коническим или цилиндрическим хвостовиком;

nнасадные с коническим или цилиндрическим отверстием под оправку.

Виды фрез и обрабатываемых поверхностей

Цилиндрические фрезы применяются для обработки плоских поверхностей и имеют зубья только на цилиндрической части

Виды фрез и обрабатываемых поверхностей

Торцевые фрезы предназначены для обработки более протяженных плоскостей и имеют зубья только на торцевой части, а для широкого фрезерования применяются торцевые фрезы со вставными ножами

Виды фрез и обрабатываемых поверхностей

Концевые фрезы используют для обработки плоскостей, пазов и уступов и имеют зубья и на торцевой и на цилиндрической части

Виды фрез и обрабатываемых поверхностей

Для отрезки и обработки узких (B<6 мм) пазов и канавок используют прорезные или отрезные фрезы, так называемые пилы

Виды фрез и обрабатываемых поверхностей

концевые и Т-образные.

Виды фрез и обрабатываемых поверхностей

Для обработки сложных фасонных поверхностей, в том числе и винтовых, используют фасонные фрезы

Виды фрез и обрабатываемых поверхностей

В целях повышения производительности можно использовать комплект фрез

Конструкции и геометрические параметры фрез

Фрезы применяются для обработки плоскостей, фасонных и линейчатых поверхностей и могут производить черновую, получистовую и чистовую обработку. Конкретный вид обработки связан с конструкцией инструмента и режимами резания. При фрезеровании точность обработки определяется видом применяемого оборудования и точностью и качеством изготовления фрез.

Конструкции и геометрические параметры фрез

Общими конструктивными элементами фрез является следующие:

габаритные и посадочные размеры,

число зубьев и их форма.

формы зубьев цельных фрез

Сборные конструкции фрез

Сборные конструкции фрез характеризуются режущей частью в виде многогранных неперетачиваемых пластин, и являются весьма перспективными, как с точки зрения эксплуатации, так и с точки зрения производительности и качества обработки.

Схемы крепления твердосплавных пластин

nКрепление прижимом;

nКрепление винтом;

nКрепление штифтом;

nКрепление штифтом и прижимом.

Геометрические параметры фрез

Так как каждый зуб фрезы представляет собой резец, то все параметры геометрии режущей части фрез определяются также как и у резцов

Вектор скорости резания и вектор подачи могут быть направлены в одну сторону, либо на встречу друг другу. Если вектор скорости и подачи направлены навстречу друг другу, то фрезерование называют встречным. В этом случае силы резания отрывают заготовку от станка, и зуб фрезы испытывает повышенное трение и износ в точке контакта. Если векторы скорости и подачи совпадают по направлению, попутное фрезерование, то силы резания прижимают деталь к станку. Сила резания как бы толкает деталь в направлении подачи, что может привести к поломке режущих зубьев

Острозаточенные фрезы

Конструктивные особенности

Острозаточенные фрезы отличаются многообразием типов

К ним относятся

цилиндрические, торцовые, дисковые, концевые, угловые, шпоночные. Т-образные и др.

 

Все типы острозаточенных фрез, несмотря на их многообразие, имеют много общего в методике расчета, назначении и оформлении конструктивных элементов

К общим конструктивным элементам относятся:

диаметр фрезы,

посадочные размеры (диаметр отверстия, шпоночная канавка),

число зубьев и их форма.

Для сокращения номенклатуры фрез их наружные диаметры стандартизованы

Размерные ряды диаметров составлены по геометрической прогрессии со знаменателем φ, равным 1,26; 1,58, т. е. равным знаменателю ряда частоты вращения шпинделей фрезерных станков. Такой выбор размерного ряда наружных диаметров обеспечивает неизменность скоростей резания при применении фрез любого диаметра, в том числе для фрезерных станков, частота вращения шпинделя которых изменяется по геометрической прогрессии со знаменателем φ = 1,41.

Размерные ряды диаметров фрез

при знаменателе прогрессии φ = 1,26 следующие: 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20, 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160, 200; 250; 320; 400: 500; 630; 800; 1000 мм

 

при знаменателе прогрессии φ = 1,58 —4; 6; 10; 16 мм и так далее до 1000 мм,

т. е. через одно значение ряда φ =1,26.

Диаметр посадочных отверстий

выбирают в зависимости от наружного диаметра фрезы, но не более 60 мм с округлением до стандартного ряда:

16, 22; 27; 32; 40; 50 и 60 мм

Задача проектирования фрез сводится к определению их конструктивных элементов и геометрических параметров, обеспечивающих обработку заданной детали на заданном станке в соответствии с требованиями к параметрам шероховатости обработанной поверхности.

В задании на проектирование указывают тип фрезы; схему установки детали на станке (расстояние между опорами оправки цилиндрической фрезы, вылет концевой фрезы относительно шпинделя станка и т. д.); параметры обработки (ширину и глубину резания); требования к шероховатости обработанной поверхности; модель и мощность станка с целью определения возможности обработки детали разработанной фрезой в зависимости от мощности оборудования

Определение наружного диаметра и диаметра посадочного отверстия

Диаметр фрезы является важнейшим параметром ее конструкции. При выборе диаметра следует обеспечить необходимую жесткость оправки для заданных условий работы фрезы.

Диаметр фрезы следует выбирать минимальным с целью снижения машинного времени обработки:

Наружный диаметр насадных фрез должен обеспечить прочность фрезы в сечении между окружностью впадин и посадочным отверстием.

Опытным путем установлено, что нормальная работа фрез имеет место при прогибе оправки, не превышающем δ=0,4 мм при черновом и δ =0,2 мм при чистовом фрезеровании. Оправку фрезы можно рассматривать как балку, защемленную на концах

Диаметр посадочного отверстия

D_o = d_н / 2,25

с округлением до стандартного размера. Точность изготовления посадочного отверстия должна соответствовать 7-му квалитету и для высокоточных зуборезных фрез — 5-му квалитету (ГОСТ 25347—82).

Число зубьев фрез выбирают из условия равномерности фрезерования с учетом эффективной мощности оборудования.

Равномерность фрезерования можно улучшить если зубья располагать не параллельно оси фрезы, а под углом ω =10...15°.

Направление угла ω наклона зуба следует выбирать так, чтобы осевая составляющая силы резания были направлена в сторону шпинделя

Профиль зубьев фрез

Зубья фрезы должны обладать достаточной прочностью, обеспечивать максимально возможное число переточек и достаточное пространство для размещения стружки при максимальном стачивании по задней поверхности

Число зубьев и их шаг зависят от диаметра фрезы, условий эксплуатации (черновое или чистовое фрезерование), свойств обрабатываемого материала.

При черновом фрезеровании

необходимо обеспечить высокую прочность зуба при работе с увеличенными подачами и достаточную площадь стружечной канавки.

В этом случае применяют фрезы с окружным шагом зубьев Р_r>10 мм. Такие фрезы называют фрезами с крупным зубом. Их применяют в тех случаях, когда t*S_z > 1, где t—глубина фрезерования, мм, S_z — подача на зуб, мм.

При чистовом фрезеровании заготовок из стали и при обработке хрупких материалов применяют фрезы с шагом зубьев Р_r ≤ 10, называемые фрезами с мелким зубом.

Их применяют в тех случаях, когда t*S_z ≤ 1.

 

Из условия размещения стружки зуб фрезы стачивают по высоте на величину до 0,75 Н.

Концевые фрезы делают либо с цилиндрическим (диаметр 3—20 мм) хвостовиком, либо с конусом Морзе с резьбовым отверстием (диаметр 14—63 мм) для затяжного болта

У фрез, предназначенных для обработки пазов и уступов, направление винтовых канавок и направление вращения не должны совпадать. Это обеспечивает лучший отвод стружки и получение положительных передних углов на торцовых зубьях

При обработке плоскостей направление винтовых канавок делают совпадающим с направлением вращения. В этом случае осевая составляющая силы резания направлена к шпинделю станка, а отвод стружки обеспечивается в направлении от шпинделя

Шпоночные фрезы

Пазовые фрезы

выполняют с прямым зубом, расположенным на цилиндрической поверхности. Для увеличения размерной стойкости на боковых сторонах оставляют фаски f=1...2 мм с углом в плане φ’ = 0, затем затачивают под углом φ=1...2°. Фрезы быстро теряют размер по ширине, поэтому для обработки пазов целесообразно применять составные фрезы, регулируемые по ширине с помощью прокладок. Для перекрытия зубьев обе половинки соединяют взамок

Угловые фрезы

могут быть одноугловыми, т.е. с одной образующей, расположенной под углом по отношению к оси фрезы, и двухугловыми, имеющими две начальные образующие, расположенные под одинаковыми или различными углами φ. У угловых фрез угол β наклона дна канавки и ее глубину Н рассчитывают так, чтобы обеспечить постоянство ширины ленточки f=0,6 -1,2 мм на всем протяжении зуба при выбранном угле впадины θ в сечении, nepпендикулярном ко дну впадины.

Фрезы прорезные и отрезные

применяют для разрезки заготовок. Изготовляют их цельными, диаметром 20—315 мм и шириной 0,2—6 мм или сборными, оснащенными сегментами.

Сборные конструкции фрез

обеспечивают значительную экономию быстрорежущей стали и снижение эксплуатаци-онных расходов из-за возможности многократ-ного использования корпуса и замены ножей после их изнашивания. Большое влияние на эффективность конструкции сборных фрез имеет способ крепления зубьев

Наиболее простым и надежным способом крепления для фрез из быстрорежущих сталей является применение рифлений обеспечивающих компактность крепления и возможность размещения значительного числа зубьев.

Твердосплавные фрезы

широко применяют в машиностроении, так как они обеспечивают резкое повышение производительности труда и возможность обработки современных конструкционных материалов, которые не могут быть обработаны фрезами из быстрорежущих сталей.

По конструкции фрезы из твердых сплавов могут быть монолитными, составной и сборной конструкции.

Монолитными делают дисковые и концевые мелкоразмерные фрезы. Их изготовляют либо методом прессования в специальных пресс-формах, либо делают из пластифици-рованных заготовок

Составной конструкции делают концевые фрезы диаметром от 20 до 50 мм» причем их оснащают либо коронками, либо винтовыми пластинами.

Цилиндрические фрезы оснащают винтовыми пластинами.

Особенно широкое распространение получили сборные твердосплавные фрезы, оснащенные многогранными пластинами. Эти фрезы отличаются высокой эффективностью, так как обладают высокими прочностью и надежностью, не требуют переточек и обеспечивают многократное использование корпусов

 

Применяют точные пластины классов допусков A и F с целью минимального биения режущих кромок.

 

Твердосплавные фрезы оснащены пластинами с задними углами, равными 11°.