Нарезание резьбы на токарном станке – резцы, метчики, плашки, головки и гребенки

Нарезание резьбы на токарном станке – резцы, метчики, плашки, головки и гребенки

Нарезание резьбы на токарном станке относится к тем операциям, для которых могут быть использованы различные инструменты. Решают эту задачу чаще всего с помощью резца. Помимо него используют также метчики, плашки, рабочие головки специального назначения. Кроме того, на токарных станках такую операцию можно выполнять по технологии накатки.

Процесс нарезания резьбы на токарном станке резцом

Принцип нарезки резьбы на токарном станке

К вращающейся заготовке, закрепленной в шпинделе, подводится инструмент. Инструмент врезается в заготовку и перемещается вдоль неё с одинаковой скоростью. Вершина инструмента оставляет на заготовке линию в виде спирали, называемую винтовой.

У резьбы выделяют такие параметры:

• Расположение. Резьба может находиться на внутренней и наружной поверхности.
• Направление. Выделяют левые и правые резьбы. Изделие с правой резьбой закручивается по часовой стрелке, это направление более распространено.
• Шаг. Представляет собой расстояние между одинаковыми точками соседних винтовых линий, измеренное вдоль центральной оси заготовки. Регулируется отношением скорости перемещения инструмента к скорости вращения заготовки.
• Наклон винтовой линии. Это понятие связано с шагом. Определяется относительно перпендикулярной плоскости к оси заготовки. Тангенс угла наклона равен шагу, разделенному на произведение π и внешнего диаметра заготовки.
• Тип опорной поверхности. Выделяют цилиндрические и конические резьбы.
• Профиль. Представляет собой контур резьбы в продольном сечении. В зависимости от профиля резьбы делят на треугольные, прямоугольные и трапециевидные.
• Количество резьбовых линий. По этому параметру резьбы можно разделить на однозаходные и многозаходные. Количество заходов видно на торцах резьбы, в зависимости от этого параметра различается расстояние, которое проходит вкручиваемая или накручиваемая деталь за один оборот.

Нарезание резьбы при помощи резцов

Наиболее широкое применение имеет нарезание резьбы специальным резьбовым резцом. Профиль режущей кромки резца определяет профиль резьбы. Режущая кромка выполняется из твердых и быстрорежущих сплавов.

Предварительная подготовка детали перед нарезанием наружной резьбы заключается в её обточке до диаметра, который меньше диаметра резьбы на 1/40-1/12. Во время нарезания резьбы происходит деформация металла, и наружный диаметр резьбы возрастает. Аналогичная подготовка, только в противоположную сторону, производится для нарезания внутренней резьбы. В этом случае обрабатывается отверстие диаметром, большее на 0,2-0,4 мм при работе с вязкими материалами, такими как сталь, титан, бронза, и на 0,1-0,02 мм при обработке хрупких материалов: бронзы, чугуна, высокопрочной стали.

Нарезание резьбы при помощи резцов выполняется в несколько проходов. После одного прохода резец перемещается в исходное положение. Нарезание резьбы производится только одной режущей кромкой инструмента, одновременное использование двух кромок приводит к снижению качества поверхности. Количество черновых и чистовых проходов определяется материалом заготовки, резцом, высотой резьбы, требованиями к чистоте поверхности резьбы.

Нарезание резьбы при помощи плашек и метчиков

Плашка предназначается для нарезания наружной резьбы, а метчик — для внутренней. Предварительная обработка поверхностей также выполняется с учетом деформации металла. Недостатком этого способа создания резьбы выступает ограничение диаметра. Плашками нарезают резьбу диаметром до 30 мм, а метчиками до 50 мм.

На токарно-винторезных станках плашка устанавливается в патроне, закрепляемом в пиноли задней бабки. Скорость резания стальных заготовок составляет 3-4 м/мин, чугунных 2-3 м/мин, мягких медных сплавов 10-15 м/мин.

Метчик во многих случаях позволяет выполнить резьбу за один проход. Для твердых материалов применяются комплекты из 2-3 инструментов. Черновой метчик удаляет 75% металла, чистовой выполняет доводку. Скорость резки стали составляет 5-12 м/мин, чугуна — 6-22 м/мин. При нарезке резьбы подается СОЖ.

Нарезание резьбы при помощи резьбонарезных головок

Для получения резьбы на револьверных станках и токарных автоматах используются резьбонарезные головки. Они представляют собой достаточно сложные устройства по сравнению с резцами, метчиком и плашкой.

Головки для нарезания наружной резьбы представляют собой полый цилиндр, в котором находятся гребенки — элементы с режущей поверхностью. После рабочего прохода гребенки раскрываются, и во время обратного хода не касаются резьбы.

Головки, предназначенные для формирования внутренней резьбы, имеют противоположное строение. Они выполнены в виде вала, в передней части которого находятся гребенки. Их число зависит от диаметра головки. Режущая кромка гребенок обладает заходным конусом, который упрощает начало нарезки резьбы. Настройка гребенок на диаметр производится при помощи резьбового калибра или эталонной детали.

Инструмент для нарезания резьб

Плашка. На наружной поверхности резьба нарезается плашками. Их изготавливают в виде гайки. Для получения режущих элементов и отвода стружки в них просверлены отверстия. С каждой стороны плашка имеет режущие элементы, образующие заборный конус (угол 20⁰–30⁰). В средней части расположена калибрующая зона.

Плашку фиксируют в воротке при помощи винтов. Нужно после каждого оборота плашки поворачивать её назад на треть окружности. Это нужно для очистки отверстий от стружки и получения качественной резьбовой поверхности.

Метчик. Метчик используют для нарезания внутренней резьбы. Он имеет режущие кромки, получаемые при изготовлении продольных или винтовых канавок. Канавки формируют передние поверхности на зубьях. Рабочая зона метчика образует заборный и калибрующий участки. Заборный участок ещё называют режущим. Он конической формы и врезание происходит постепенно.

Различают ручные, машинные и гаечные метчики. Ручные метчики изготавливают одинарными и в комплекте: для чернового и чистового проходов при нарезании резьб. Комплект состоит и из 3 метчиков. Номер его указывают количеством круговых рисок на хвостовике (1 — черновой, 2 — получистовой, 3 — чистовой).

Наибольшая заборная часть у чернового метчика. Хвостовик у метчиков изготавливают в виде квадрата, чтобы передавать рабочее усилие воротком. Метчики подразделяют для нарезки резьб в сквозных и глухих отверстиях. Гаечные метчики изготавливают с прямым или изогнутым хвостовиком.

Резец. Резьба нарезается вершиной резца, закреплённого в суппорте, при перемещении его относительно вращающейся заготовки. При этом шаг резьбы, образуемый резцом, равен расстоянию между вершинами соседних выступов по оси детали.

Резцы для нарезки резьб конструктивно выполняют:

• цельными (изготавливают из быстрорежущей стали или твердого сплава);
• с напаянными пластинами из твердого сплава (ГОСТ 18885–73);
• сборными с мехкреплением СМП (сменных многогранных пластин).

Резьбовой резец с напайной или сменной многогранной пластиной (СМП) должен иметь углы заточки, обеспечивающие получение соответствующего профиля на резьбе. Такие резцы используют для нарезания метрической и трапецеидальной резьбы.

Резцы с СМП используют на токарно-фрезерных станках с ЧПУ, которые могут обеспечить необходимые режимы резания и получение готовой детали за один цикл обработки (обрабатывающие центра).

Для обеспечения качества резьбы при её нарезании обязательно применяют СОЖ (эмульсию, сульфофрезол и другие).

Марки быстрорежущей стали для резцов: Р6М5К5, Р6М5, Р9М4К8, Р9К5, Р12Ф3, Р9М4К8.

4 Использование резьбонарезных головок

Нарезание резьбы на токарных станках посредством винторезных головок реализувается намного реже, чем аналогичная процедура с помощью рассмотренных выше приспособлений. Головка крепится в пиноли хвостовиком, она может располагать круглыми, тангенциальными, призматическими либо радиальными гребенками, которые по окончании процесса обработки расходятся в автоматическом режиме, и не контактируют с нарезанной резьбой при обратном ходе.

Внутренняя резьба, как правило, производится с использованием гребенок призматического типа. Их кромки располагают заходным конусом и размещаются на одном сечении. Геометрическая величина головки устанавливает количество гребенок в одном наборе.

Наружные резьбы производятся остальными видами гребенок. Причем в большинстве случаев эксплуатируются несложные по конструкции круглые приспособления. Они описываются отличной стойкостью и способностью делать множество переточек. Каких-либо существенных различий в принципе функционирования и устройстве резьбонарезных головок нет.

При работе с червяками и винтами большой длины эксплуатируются резцовые головки, монтируемые на суппорт токарного оборудования, что ощутимо увеличивает показатель производительности станка. Озвученные инструменты, подходящие для нарезания всех типов резьб, снабжаются чашечными и обычными резцами.

Нарезание резьбы плашкой

Кольцевой резьбонарезной инструмент с прорезями для выхода стружки служит для нарезания резьбы на крепёжных деталях: винтах, болтах, шпильках. Лерка фиксируется в ручном приспособлении либо в патроне пиноли задней бабки.

Фаска по высоте профиля резьбы облегчает заход плашки. Точение детали предусматривает минусовой допуск относительно диаметра:

• Ø10 – до 0,2 мм;
• Ø18 – до 0,24 мм;
• Ø30 – до 0,28 мм.

Лерка с обеих сторон оснащена заборным конусом в 20–30 0 . Зона калибрования расположена посередине. Продуктивность работы плашкой уступает по скорости метчику до 30%.

Для нарезания наружной резьбы на винтах, болтах, шпильках и других деталях применяют плашки. Плашка — это оснастка, представляющая собой кольцо с внутренней резьбой имеющее просверленные стружечные канавки. Пересечение таких канавок с резьбой образует режущие зубья с передним углом. При таком способе токарной обработки металлическую стружку с заготовки срезает образованная раззенковкой заборная часть плашки. При этом другая часть нарезки плашки применяется для калибровки резьбы. В ходе обработки металла на токарном станке могут применяться два вида плашек: сплошные и разрезные. Когда возможно изготовление резьб невысокой точности изготовления применяют разрезные плашки. В свою очередь сплошные плашки обеспечивают большую точность. Следует отметить, что перед началом нарезания резьбы на токарном станке следует подбирать и заготовку определенного диаметра. Правильный выбор диаметра заготовки для выполнения токарных работ позволит избежать срыва резьбы (происходит когда заготовка имеет слишком большой диаметр) или получение резьбы неполного профиля (диаметр заготовки слишком мал).

Когда требуется изготовление точной и чистой резьбы применяют резцы резьбовые. Профиль резца должен соответствовать профилю резьбы. Во избежание искажения профиля передний угол резца должен быть равен 0. Резцы резьбовые устанавливаются в точности по линии центров, при этом средняя линия профиля резца должна располагаться перпендикулярно оси детали. Для проверки правильности установки наши специалисты используют специально предназначенные для этих целей шаблоны. При нарезании треугольной резьбы применяют резцы с различными углами профиля. Например для метрической резьбы резцы имеют уголь профиля 60°, для нарезание дюймовой резьбы55°. В процессе нарезания резьбы могут быть использованы специальные дисковые и призматические резцы.

Нарезание резьбы резьбонарезными головками

Резьбонарезные винторезные головки применяют для нарезания наружной и внутренней резьбы на токарных, токарно-револьверных станках и на токарных автоматах.

С помощью хвостовика резьбонарезная головка устанавливается в пиноли задней бабки или в револьверной головке станка. В винторезных головках применяют радиальные, тангенциальные и круглые гребенки. В конце нарезания резьбы гребенки автоматически расходятся и при обратном ходе не соприкасаются с резьбой.

При нарезании наружной резьбы большое распространение получили головки с круглыми гребенками, так как они просты по конструкции, позволяют осуществлять много переточек и обладают большей стойкостью, чем радиальные и тангенциальные гребенки. Устройство и принцип работы существующих винторезных головок имеют незначительные различия.

Внутреннюю резьбу чаще нарезают резьбонарезными головками с призматическими гребенками, режущие кромки которых располагаются на одном диаметре и имеют заходный конус. Число гребенок в комплекте зависит от размера головки. Гребенки смещены в комплекте одна относительно другой в соответствии с углом подъема винтовой линии нарезаемой резьбы.

При нарезании длинных винтов и червяков для повышения производительности применяют резцовые головки, которые устанавливают на суппорте станка. Эти головки оснащают обыкновенными и чашечными резцами и используют при нарезании наружных и внутренних резьб.

Особенности устройства токарного станка

Для нарезания внутренней резьбы на трубах широко используются такие станки как С-225 и ВМС-Н-14. Станок для нарезки резьбы оборудован резцом, к которому подводится заготовка (труба).

В токарном станке имеется механизм, который обеспечивает пневматический зажим труб, размещенных на каретке. Подводится труба к резцу своими руками, а ее последующее перемещение обеспечивается за счет самозатягивания.

Во время работы агрегата заусеницы из металлической стружки, находящиеся в трубах могут удаляться при помощи зенкера, который размещен в шпинделе станка. Верхняя плоскость станины оснащена коробкой скоростей.

Нарезание резьбы на современном токарном станке

Ее привод обеспечивается посредством клиноременной передачи, идущей от электродвигателя, находящегося снизу. Коробка скоростей оборудована шпинделем, на котором закреплен фланец. На фланце закреплен резец, благодаря которому происходит нарезание резьбы в трубе.

Станок оборудован самоцентрирующимися тисками, которые двигаются по станине при помощи гидроцилиндра. Специальные отсеки станины включают в себя узлы охлаждения и электрооборудование.

На передней стенке станины располагается пульт управления станком. Станок для нарезания внутренней резьбы на трубах представлен в виде полуавтомата, в котором все процессы максимально механизированы – вручную производится только снятие и закрепление трубы.

О конструкции резцов

При нарезке внутренней резьбы в трубах при помощи станка могут использоваться резцы, изготовленные с применением быстрорежущей стали, они могут быть:

• стержневыми;
• оснащенными приваренной режущей пластинкой;
• с головкой и резцовой вставкой, крепящейся на резце зажимным устройством.

Нарезание резьбы резцом М30

Резцы, оснащенные припаянной пластиной, могут быть оснащены механическим креплением, также перетачиваемой и неперетачиваемой пластинкой.

Такие детали отличаются простотой конструкции, но в настоящее время они используются крайне редко из-за некоторых недостатков механизма крепления.

Сейчас наиболее широко распространенны резцы, в которых используется механическое крепление пластинок, изготовленных из твердых сплавов. Это существенно повышает параметр механической стойкости резцов.

Актуально использование в токарных резцах, так называемых многогранных пластинок неперетачиваемого типа.

Помимо общей стойкости и продолжительного эксплуатационного срока пластины можно достаточно быстро заменять при износе режущей кромки. Для ускорения замены применяют взаимозаменяемые резцы.

Для того чтобы их можно было регулировать используются специальные резьбовые упоры. Настройка такого резца происходит не в станке на особом приборе, в котором установлен эталонный резец.

Применение резьбонарезных головок

При нарезании резьбы с применением токарных станков к специальным головкам обращаются значительно реже, чем к вышеописанным инструментам. Использоваться такие головки могут для нарезания резьбы любого типа. Их рабочими элементами являются гребенки: призматические применяются, когда нужно нарезать внутреннюю резьбу, для нарезания наружной необходимы радиальные, круглые и тангенциальные. Особенность таких головок заключается в том, что их рабочие органы автоматически расходятся при совершении обратного хода, таким образом, они не контактируют с только что нарезанной резьбой.

Гребенки для нарезания резьбы

Гребенки для нарезания внутренней резьбы (их количество в комплекте может быть различным) выполняются с заходным конусом. При нарезании наружной резьбы преимущественно используются гребенки круглого типа, которые отличаются простотой своей конструкции. Кроме того, гребенкам такого типа свойственна высокая стойкость, их можно неоднократно перетачивать, приводя их геометрические параметры к первоначальным значениям.

В том случае, если на токарном станке необходимо нарезать винтовую поверхность на червяках или винтах, отличающихся большой длиной, то резьбонарезные головки фиксируют на суппорте станка, что способствует повышению производительности технологического процесса. Оснащаться такие головки могут как обычными резцами, так и инструментом чашечного типа.

Понять технологию нарезания резьбы при помощи токарного станка можно по видео, на котором хорошо видно, как осуществляется этот процесс. Ниже приведено несколько видео, на которых запечатлен процесс изготовления резьбы разными способами.