Нарезание резьбы резцом

Первый современный  промышленный токарно-винторезный станок был изобретен в конце XVIII века английским механиком Генри Модсли. В процессе нарезания резьбы резцом с тех пор не так много изменилось. С изобретением станков с ЧПУ в 70-х годах XX века процесс резьбонарезания стал еще проще.

     Во все времена эффективность процесса нарезания резьбы резцом зависело 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 особенно не рекомендуется при обработке труднообрабатываемых материалов, таких как нержавеющая сталь.

     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 3 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.

     Устанавливаем подачу

     Обычной проблемой при нарезании резьбы является выбор режимов резания. Иногда возможности станка не позволяют реализовать потенциал инструмента.

     Например, вы хотите нарезать резьбу М42х1,5 на заготовке из стали 40Х. Средняя рекомендуемая скорость резания в таком случае составит 130 м/мин. Пересчитаем скорость резания в обороты шпинделя станка,  n=1000х130/3,14/42. 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=1000х455/3,14/42. 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.

     Различные 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 мелких резьб 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 резьб 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 за проход

     Число проходов и глубина врезания за проход имеют большое значение при резьбонарезании. Существует два основных метода назначения глубины врезания за проход.

     Постепенное уменьшение глубины врезания за проход. Таким образом обеспечивается постоянная 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.

     Постоянная глубина врезания. Таким образом обеспечивается наилучшее формирование стружки и высокая 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 опорной 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 1°. Подкладные пластины выбираются по каталогам производителей инструмента в зависимости от соотношения среднего диаметра и шага резьбы.

     Номенклатура резьбонарезного инструмента достаточно велика, и постепенно акцент смещается в сторону правильного выбора и применения металлорежущего инструмента. Поэтому при освоении новой технологии или усовершенствовании старой лучше всего обратиться к специалистам и получить оптимальное решение поставленной задачи.

     Генеральный директор компании Мир Станочника,

     Дмитрий Тренев