Нарезание резьбы резцом

27 Мая 2011

Первый промышленный токарно-винторезный станок был изобретен в 1797 году английским механиком Генри Модсли. Процесс нарезания резьбы с тех пор почти не изменился, а с появлением станков с числовым программным управлением стал еще проще.

Эффективность процесса нареза­ния резьбы резцом зависела в прошлом и зависит сейчас от одного основного принципа: вращение шпинделя станка и движение подачи резьбового резца должны быть согласованы. На универ­сальном токарно-винторезном станке такой эффект достигается с помощью ходового винта и суппорта. На совре­менном токарном станке с ЧПУ эту фун­кцию весьма эффективно исполняют сервоприводы.

Точка контакта

Для резьбонарезания одного станка недостаточно. Инструменталь­ное оснащение играет очень важную роль в процессе нарезания резьбы резцами. В самом простом случае резцы изготавливают из быстрорежу­щей стали. Профиль резца совпадает с получаемым профилем резьбы. Для большинства же операций наиболее подходящим решением является при­менение резьбовых резцов со смен­ными твердосплавными пластинами.
Одной из самых дешевых пластин для резьбонарезания является двусто­ронняя пластина с четырьмя режущими кромками. Так как пластина двусторон­няя, заднего угла у нее нет. Соответс­твенно, когда пластину устанавливают в державку, передний угол резца стано­вится отрицательным, что часто приво­дит к выкрашиванию режущей кромки. Использование таких пластин не реко­мендуется при работе с труднообраба­тываемыми материалами, например, с нержавеющей сталью.
Остальные три типа резьбовых пластин обладают гораздо более вы­сокими характеристиками по срав­нению с двусторонними пластина­ми. Один из типов резьбовых резцов — резец с вертикальным расположе­нием пластин. Пластина имеет три режущих кромки, закрепляется цент­ральным винтом и прижимом сверху.
Более распространенными явля­ются резцы с горизонтальным рас­положением пластин. Существует два типа крепления пластин: рыча­гом и винтом. Для использования таких пластин требуется установка подкладной пластины. Угол наклона подкладной пластины зависит от со­отношения среднего диаметра и шага резьбы и выбирается по таблицам, предоставляемым производителями инструмента.
Далее определяются с тем, какой профиль пластины будет использо­ваться, полный или неполный. Плас­тины с неполным профилем обладают большей универсальностью, можно обрабатывать резьбы с разными ша­гами. Профиль таких пластин вышли­фован таким образом, что диаметр вершин резьбы не обрабатывается резьбовой пластиной. Соответствен­но требуется дополнительный чисто­вой проход для обработки диаметра вершин резьбы в размер.
Пластинами с полным профилем обрабатывают одновременно и впа­дины, и вершины резьбы. Единствен­ным недостатком пластин с полным профилем является необходимость иметь большую номенклатуру таких пластин из-за привязки к конкретно­му шагу. Некоторые станочники пред­почитают использовать пластины с полным профилем, так как времени на обработку резьбы тратится мень­ше по сравнению с пластинами с не­полным профилем. При изготовлении большой партии деталей экономия времени может быть значительной.

Выбор режимов резания

Обычной проблемой при нареза­нии резьбы является выбор режимов резания. Иногда возможности станка не позволяют реализовать потенциал инструмента.
Например, вы хотите нарезать резьбу М42 х 1,5 на заготовке из ста­ли 40Х. Средняя рекомендуемая ско­рость резания в таком случае соста­вит 130 м/мин. Пересчитаем скорость резания в обороты шпинделя станка:

n = 1000 x 130/3,14/42

С учетом округления, шпиндель станка должен вращаться с частотой 980 мин^-1.
Далее вводим в программу обработки команду G97 M3 S980. Шпиндель вращается с необходимой нам частотой. Подача составляет 1,5 мм/об.
Что же произойдет, если заменить низколегированную сталь алюминиевым сплавом Д16Т? Средняя рекомендуемая скорость резания в таком случае составит 455 м/мин. Пересчитаем скорость резания в обороты шпинделя станка:

n = 1000 х 455/ 3,14/ 42

С учетом округления, шпиндель станка должен вращаться с частотой 3450 мин^-1. Подача составляет 1,5 мм/об. Но минутная подача составляет уже 5175 мм/мин, что может превосходить возможности станка по подаче на рабочем ходу.

Виды врезаний

Радиальное врезание — наиболее распространенный способ врезания. Стружка формируется обеими сторонами режущего зуба в форме буквы V. Процесс износа протекает равномерно по всей длине режущей кромки. Метод наиболее предпочтителен для нарезания мелкой резьбы и материалов, упрочняемых резанием.
Одностороннее боковое врезание — предпочтительный способ врезания. Цикл одностороннего бокового врезания является стандартным для многих станков с ЧПУ. При таком виде врезания можно контролировать сход стружки, растет стойкость инструмента и уменьшается вероятность возникновения вибраций.
Боковое двустороннее врезание применяется для обработки резьбы с большим шагом. Направление врезания изменяется для каждого последующего прохода. Черновую обработку резьбы с крупным шагом рекомендуется производить стандартным токарным инструментом типа MTENN с треугольными пластинами.

Число проходов и глубина врезания

Число проходов и глубина врезания за проход имеют большое значение. Существует два основных метода назначения глубины врезания за проход.
1. Постепенное уменьшение глубины врезания за проход обеспечивает постоянную площадь сечения стружки, снимаемой за проход. В зависимости от высоты профиля резьбы задается достаточно большая начальная глубина врезания на проход 0,2-0,35 мм, которая постепенно уменьшается до 0,09-0,02 мм. Последний проход может быть зачистным (без врезания) для устранения погрешностей профиля резьбы, вызванных люфтами механизмов станка.
2. Постоянная глубина врезания обеспечивает наилучшее формирование стружки и высокую стойкость инструмента. Этот способ становится все более популярным, так как остается постоянной толщина стружки. Начальное значение глубины врезания за проход должно быть в диапазоне 0,12-0,18 мм. Глубина врезания за последний проход не должна быть меньше 0,08 мм.

Выбор подкладной пластины

При нарезании резьбы большое значение имеет величина заднего угла, ведь он влияет на выделение тепла, износ и качество поверхности резьбы. Для того чтобы создать необходимый наклон режущей пластины, используются подкладные пластины. В комплекте с резьбовой державкой идет пластина с углом наклона в один градус. Подкладные пластины выбираются по каталогам производителей инструмента в зависимости от соотношения среднего диаметра и шага резьбы.
Сегодня номенклатура резьбонарезного инструмента очень обширна, акцент ставится на правильный выбор металлорежущего инструмента. Поэтому при освоении новой технологии или усовершенствовании старой следует обратиться к специалистам и получить оптимальное решение поставленной задачи.

Тренев Д. В., генеральный директор компании «Мир Станочника» (Москва)