Д.В. Кожевников, В.А. Гречишников, С.В. Кирсанов, В.К Кокарев, А.Г. Схирмадзе 15 страница

9.1. РЕЗЬБОВЫЕ РЕЗЦЫ И ГРЕБЕНКИ

Резьбовые резцы применяются для нарезания всех видов резьб и об­ладают следующими достоинствами: простотой конструкции, техноло­гичностью и универсальностью. Последнее достоинство заключается в том, что одним и тем же резцом можно нарезать на цилиндрической и конической поверхностях наружную и внутреннюю резьбы различного диаметра и шага.

Резьбовые резцы работают по методу копирования, поэтому про­филь их режущих кромок должен соответствовать профилю впадины на­резаемой резьбы. С целью повышения производительности иногда ис­пользуется также генераторная схема резания.

Удаление припуска в процессе резьбонарезания производится в ус­ловиях несвободного резания при большой степени деформации снимае­мого материала. При этом формирование резьбы осуществляется, как правило, за несколько проходов при малых сечениях срезаемой стружки. В связи с этим производительность процесса резьбонарезания низка, по­этому резьбовые резцы в основном применяются в единичном и мелкосе­рийном производствах.

Являясь фасонным инструментом, резьбовые резцы могут быть трех типов: стержневые, призматические и круглые.

На рис. 9.1 представлены типовые конструкции резьбовых резцов стержневого типа: цельный из быстрорежущей стали; с напайной твер­досплавной пластиной; с механическим креплением твердосплавной пла­стины специальной формы, применяемой для нарезания наружной и внутренней резьб.

а)

в)

Рис. 9.1. Типы стержневых резьбовых резцов:

а - из быстрорежущей стали; б- с напайной твердосплавной пластиной; в - с механическим креплением твердосплавной пластины

От обычных токарных резцов резьбовые резцы отличаются формой головки и профилем режущих кромок. Передний угол для простоты пе­реточки берется у = 0. Задние углы на боковых режущих кромках в ста­тике ocj = а₂. При черновом резьбонарезании задние углы равны 4...6°, а при чистовом 8... 10°. На вершине резца угол а_в = 15...20°.

При нарезании резьб малого диаметра с большой глубиной профиля или многозаходных резьб с большим углом подъема резьбы (т > 3...4°) необходимо учитывать влияние этого угла на величину фактических зад­них и передних углов, отличающихся от замеренных в статическом со­стоянии вне станка.

Как видно из рис. 9.2, а, при нарезании правозаходной резьбы и ус­тановке передней грани резца в осевой плоскости заготовки в сечении резца плоскостью, параллельной оси, на величину передних и задних уг­лов боковых режущих кромок в кинематике оказывает влияние угол т:

у, =+т; у₂=-х; = а_ст- х; а₂=а_ст+т; tgT = /?/(7trf),

где а_ст - задние углы на боковых режущих кромках в статике; р - шаг

резьбы; d - диаметр резьбы.

На правой режущей кромке из-за отрицательного переднего угла ус­ловия резания ухудшаются и ослабляется режущий клин. На левой кром­ке уменьшается задний угол, что приводит к снижению стойкости инст­румента.

Рис. 9.2. Схемы установки стержневых резцов при нарезании резьб с большим углом т подъема витков:

а - передняя грань расположена в осевой плоскости заготовки; б - передняя грань расположена перпендикулярно к виткам резьбы

Строго говоря, угол т изменяется по длине боковых режущих кро­мок, т.е. он больше во впадине резьбы и меньше на наружном диаметре. Но это изменение угла х заметно только на резьбах с большой глубиной профиля, например трапецеидальных, и несущественно для остроуголь­ных крепежных резьб. В последнем случае в вышеуказанную формулу подставляют значение d₂ среднего диаметра резьбы.

При установке передней грани резца в плоскости, перпендикулярной к виткам резьбы (рис. 9.2, б),

Y, =у₂ =0 и t$x = p/(nd),

т.е. условия резания становятся одинаковыми, но несколько искажается профиль нарезанной резьбы, у которой вместо архимедовой винтовой поверхности витков получается конволютаая винтовая поверхность и их осевые сечения не совпадают. Поэтому первый способ установки резцов применяют на чистовых операциях с корректировкой задних углов при больших углах х, а второй - на черновых операциях.

При многопроходном нарезании остроугольной резьбы резцами об­разование профиля резьбы может осуществляться по трем схемам (рис. 9.3): а) профильной - с радиальной подачей резца; б) генераторной - с подачей резца под углом к оси заготовки; в) комбинированной, состоя­щей из подачи под углом при черновой обработке и радиальной подачи - при чистовой (окончательной) обработке.

Достоинством генераторной схемы является увеличение толщины срезаемого слоя за один проход в 2 раза, что обеспечивает соответствующее сокращение проходов. Правая кромка в этом случае работает как вспомога­тельная кромка, оставляя ступеньки на обработанной поверхности. Этот не­достаток позволяет исправить применение комбинированной схемы.

а). б) в) г)

Рис. 9.3. Схемы резания, применяемые при нарезании резьбы:

а - профильная; б - генераторная; в - комбинированная; г - для нарезания трапецеидальной резьбы

При нарезании резьб с глубоким профилем, например трапецеи­дальных, формирование резьбы на предварительных операциях осущест­вляют резцами с разным профилем режущих кромок, как показано на рис. 9.3, г.

Стержневые резцы обычно имеют небольшой запас на переточку и их установка относительно заготовки связана с определенными трудно­стями, которые не возникают при использовании фасонных призматиче­ских и круглых резьбонарезных резцов.

Призматические резцы (рис. 9.4, а, б) крепятся в стержневой дер­жавке с наклоном под углом а, который достигает 15°. С целью сниже­ния сил резания передний угол у устанавливают в зависимости от свойств обрабатываемого материала. Если угол у > 0, то при расчете профиля ре­жущей части в сечении, перпендикулярном к задней грани, вводят кор­рекцию на винтовое положение обработанных поверхностей канавки резьбы.

в) Рис. 9.4. Фасонные резьбовые резцы:

а - призматический; б - расчетная схема коррекции профиля призматического резца с у > 0; в - круглый

На рис. 9.4, б приведена расчетная схема призматического резца с у > 0, из которой следует, что точка 2 профиля резца при повороте на угол р относительно осевой плоскости заготовки смещается одновремен­но вдоль оси на величину АР - доли шага резьбы.

Так как передний угол у в точке 1 является углом внешним и не смежным с внутренними углами треугольника 012, то угол р = у - у₂. Из расчета фасонных резцов по формуле (2.1) известно, что передний угол в точке 2 равен

Величину смещения АР точки 2 вдоль оси заготовки найдем из со­отношения углов поворота р и 2п и соответствующих им смещений вдоль оси:

Таким образом, профиль резца в плоскости N-N получается несим­метричным, а углы профиля с левой е_л и правой e„p сторон не равны, т.е

‘ge„ =у-ДР/г_р> tg_6пр=у+ДЯ/<_р.

Высота профиля резьбы /_р может быть найдена из расчетной схемы в следующей последовательности:

/_р =Ccos(a+y).

Размеры по передней грани

Круглые резцы (рис. 9.4, в) более технологичны в изготовлении, чем призматические, но имеют меньший запас на переточку и менее же­сткое крепление. Для создания задних углов центр резца устанавливается выше центра заготовки. Расчет профиля таких резцов подобен расчету круглых фасонных резцов с учетом коррекции, показанной на примере расчета призматического резца с у > 0.

Гребенки (рис. 9.5) - это многониточные фасонные резцы, которые могут быть стержневыми, призматическими, круглыми. Их используют главным образом для нарезания крепежных резьб с мелким шагом, т.е. резьб с небольшой высотой профиля.

Как показано на рис. 9.5, г, режущая часть гребенок состоит из за­борной части длиной /_ь заточенной под углом <р к оси и калибрующей части /₂:

/, = (1,5...2,0)Р, /₂=(3...6)Л

где Р - шаг резьбы.

Рис. 9.5. Резьбонарезные гребенки:

а - стержневая с механическим креплением твердосплавной пластины; б - призматическая; в - круглая; г - рабочая часть гребенки

Угол заборной части <р = 25...30°, благодаря чему нагрузка распре­деляется между несколькими режущими кромками зубьев. Поэтому чис­ло рабочих ходов при нарезании резьбы уменьшается в 2...3 раза по сравнению с резьбовыми резцами. При нарезании резьбы за один проход длину заборной части увеличивают до /, = (3..А)Р.

В начале рабочего хода гребенка имеет радиальную подачу на вре­зание и затем перемещается вдоль оси вращающейся заготовки с подачей на один оборот, равной шагу.

Стержневые гребенки можно изготавливать цельными или с меха­нически закрепляемыми специальными твердосплавными пластинами. Один из вариантов такой гребенки схематично показан на рис. 9.5, а.

У призматических гребенок (рис. 9.5, 6) задний угол создается за счет наклона гребенки в державке, аналогично призматическим резцам.

Круглые гребенки (рис. 9.5, в) могут быть двух типов: 1) с кольце­выми витками; 2) с винтовыми витками. Они используются как для наре­зания наружной, так и внутренней резьбы. При этом если канавки коль­цевые, то ось гребенки должна быть наклонена к оси заготовки под углом подъема резьбы т. У гребенок с винтовыми канавками направление резь­бы должно быть обратное направлению витков нарезаемой наружной резьбы. При нарезании внутренней резьбы направления витков гребенки и резьбы совпадают. Для уменьшения искажения профиля нарезаемой резьбы передний угол равен у - 0, а задний угол создается за счет превы­шения центра гребенки над центром заготовки.

9.2. РЕЗЬБОНАРЕЗНЫЕ ФРЕЗЫ

В практике машиностроения применяются следующие основные ви­ды резьбонарезных фрез: гребенчатые, дисковые и головки для вихревого нарезания резьбы. Применение фрезерования вместо точения при нареза­нии наружной и внутренней резьб обеспечивает значительное повышение производительности за счет: 1) использования многозубого инструмента с большой суммарной активной длиной режущих кромок, одновременно снимающих стружку (гребенчатые фрезы); 2) увеличения толщины среза на один зуб (дисковые фрезы); 3) увеличения скорости резания за счет оснащения резцов твердым сплавом (головки для вихревого нарезания резьбы). *

Гребенчатые фрезы (рис. 9.6) применяются для нарезания остро­угольных наружных и внутренних резьб с мелким шагом на цилиндриче­ских и конических поверхностях заготовок. По сути, они представляют

а)

собой набор дисковых фрез, выполненных за одно целое на одном корпу­се с профилем зубьев, соответствующим профилю резьбы. Поэтому ка­навки между фрезами кольцевые. Для образования зубьев вдоль оси фре­зы прорезаны либо прямые, либо винтовые стружечные канавки. Для образования задних углов зубья затылуют по архимедовой спирали.

Схема резьбофрезерования на­ружной резьбы цилиндрической гребенчатой фрезой представлена на рис. 9.7. Здесь ось фрезы уста­навливается параллельно оси заго­товки. Фреза вращается вокруг сво­ей оси со скоростью у_ф, определяе­мой стойкостью инструмента, и в начальный момент врезается с ра­диальной подачей 5_р = S_zzn^, по-

еле чего она перемещается на вели­чину одного шага резьбы Р вдоль
оси заготовки с подачей 5_пр = Р. При этом заготовка медленно поворачи­вается на I...VA оборота. Здесь перебег, равный ^ХЛ оборота, совершается для компенсации пути врезания инструмента на заданную глубину про­филя резьбы.

Соотношение между числами оборотов детали п_л и фрезы л_ф опре­деляется по следующим формулам:

n^S_zz 1000Уф

^па ~ I» ~,»

nd₂ ^ф ти/ф где S₂ -.подача на один зуб фрезы; z - число зубьев (стружечных кана­вок) на торце фрезы; d₂ - средний диаметр резьбы, мм; d^ - диаметр фрезы, мм.

Для фрез из быстрорежущей стали у_ф = 25...30 м/мин, для твердо­сплавных фрез Уф = 60... 120 м/мин. Подача на зуб выбирается в зависимо­сти от твердости обрабатываемого материала и находится в пределах s_z

= 0,03...0,15 мм/зуб.

Недостатком гребенчатых фрез является искажение угла профиля на­резаемой резьбы из-за несовпадения траектории точек режущих кромок фрезы с кривой резьбы, получаемой в сечении, перпендикулярном к оси заготовки. У фрезы это окружность, а у нарезаемой резьбы - архимедова спираль. Однако величина этого искажения мала и достигает 3...4' - для наружной и 7...9' - для внутренней резьб. Обычно она укладывается в пределы допуска на угол профиля крепежной резьбы с мелким шагом.

К основным конструктивным параметрам гребенчатых фрез отно­сятся: диаметры фрезы d и посадочного отверстия d₀, длина фрезы!, число зубьев (стружечных канавок) z, направление канавок, размеры профиля резьбы (угол профиля а, высота резьбы А, шаг Р), высота зу­ба Я, величина падения затылка k_z:

d = d₀ + 2E + 2H,

где Е - толщина стенки корпуса фрезы (Е = (0,3...0,4)</_о); Я - высота зуба фрезы:

H = h + k_z+r + e_y

где к^ - величина падения затылка; г - радиус у основания зуба; е - зазор между впадиной зубьев фрезы и наружным диаметром заготовки.

Диаметры гребенчатых фрез для нарезания наружных резьб берут в пределах d = 40...90 мм через 10 мм в зависимости от шага резьбы, а для внутренних резьб в зависимости от диаметра d₃ отверстия в заготовке d = (0,85...0,90)d₃ в диапазоне d = 10...40 мм через 5 мм. Длина фрезы должна быть больше длины нарезаемой резьбы на 2...3 шага, поэтому L = 15... 100 мм. При этом с увеличением длины L возрастает величина искажения резьбы, полученная в результате термообработки.

Число зубьев гребенчатых фрез принимается

z = l,57Vrf.

Стружечные канавки прямые или винтовые с углом наклона к оси фрезы со = 5... 15°. Винтовые канавки обеспечивают более равномерную работу фрезы, хотя при этом на боковых кромках зубьев создают разные по величине передние углы: с одной стороны - положительные, а с дру­гой - отрицательные, что ухудшает условия резания.

Так как угол контакта фрезы с заготовкой 0 невелик (рис. 9.8), то это вызывает неравномерность нагрузки на зубья фрезы. Поэтому желатель­но, чтобы в пределах угла 0 находилось не менее двух зубьев.

Задние углы Об на боковых режущих кромках зубьев зависят от угла на вершине зуба:

tga₆ =tga_Bsina/2,

где a / 2 - половина угла профиля резьбы (для метрической резьбы a = 60°); a_B - задний угол при вершине зуба (при а_в = 8... 10° а_б = 4...5°).

Передний угол у бы­строрежущих фрез выби­рается в зависимости от свойств обрабатываемого материала. Так, напри­мер, для твердых сталей, чугуна, бронзы и латуни рекомендуется брать угол у = 0, для сталей средней твердости у = 3...5°, для цветных металлов и спла­вов у = 10...12°. При по­ложительных передних Рис. 9.8. Схема контакта гребенчатой углах необходимо прово- фрезы и заготовки
дить коррекционные расчеты для определения профиля фрезы в плоско­сти передней грани, в которой при изготовлении и переточке произво­дится его контроль. При этом следует учесть, что впадина резьбы фрезы не должна контактировать с наружной поверхностью заготовки. Поэтому минимальная высота ножки резьбы И₂, отсчитываемая от среднего диа­метра, должна быть больше высоты головки резьбы детали, равной И/2.

Этот пересчет ведется по формулам, приведенным в технической литературе, причем параметры, использованные в этих расчетах, показа­ны на рис. 9.9:

• высота головки резьбы на передней грани

_h, Q--/i|)sin(P| -у).

1 sin у

• высота ножки резьбы

„ [r-(!\ +/^)sin(P₂ -р,)]

sin Pi

где Pi, р₂ - углы, рассчитываемые по формулам:

• о ^rsinY • г» ^rsinY smp, = -^L, smp₂ = •

• полная высота резьбы

А = Л, + /*₂;

• высота головки резьбы

/г, =Л/2 + 8_и,

где б_и - допуск на износ;

• высота ножки резьбы (с учетом зазора между ножкой резьбы фрезы и наружной поверхностью заготовки)

/*2 = hi2 + 0,02 мм;

• половина угла профиля резь­бы фрезы

о ₌ ос (VtMsiny

2 2 [г - (Л| - /?₂)sin(Pj - у)]

Дисковые фрезы нашли применение при нарезании резьб больших глубин, диаметров и дли­ны. Например, их часто использу­ют при нарезании резьб червяков, ходовых винтов и т.п. Благодаря тому, что фрезы являются много­зубыми инструментами, работают с большими подачами и нарезают резьбу за один проход, их произво­дительность по сравнению с рез­цами значительно выше.

При нарезании резьбы ось оп­равки дисковой фрезы устанавливается под углом т к оси заготовки, рав­ным углу подъема резьбы на ее среднем диаметре (рис. 9.10). Фреза со­вершает вращательное движение, а заготовка - вращательное и поступа­тельное движения вдоль своей оси с подачей на один оборот, равный ша­гу резьбы.

Дисковые фрезы изготавливаются диаметром 60... 180 мм и имеют большое число (г = 34...40) остроконечных зубьев. Благодаря этому обеспечиваются высокая производительность и хорошее качество обра­ботанной поверхности. При нарезании трапецеидальных резьб с целью снижения сил резания и повышения стойкости фрез широкое распро­странение получили фрезы (рис. 9.11), у которых на каждой боковой сто­роне в шахматном порядке через один зуб удалены режущие кромки. По­этому каждый зуб работает только одной боковой режущей кромкой, но с повышенной в 2 раза толщиной среза. При этом вершинные кромки оста­ются неизменными, так как на их долю достается толщина среза, в 2 раза большая, чем на боковые кромки. Для контроля профиля зубьев таких фрез после пере­точки один зуб оставляют с полным профилем.

Из-за наклона оси фрезы к оси заготовки и прямолинейно­сти режущих кромок при фрезе- ровании трапецеидальной резь- _{Рис 9 п Дисковая фрем мя Hape]aHHfl} бы на червяках угол профиля трапецеидальной резьбы

резьбы е_и и толщину зуба Ь_н на окружности среднего диаметра инстру­мента рассчитывают по формулам:

tgs_H/2 = (tge/2)cosT; Ь_И=Ь cost.

Однако эти формулы являются приближенными, так как при более точном расчете оказывается, что профиль резьбы в сечении, нормальном к виткам, не совпадает с профилем зубьев фрезы, который должен быть криволинейным. При малых значениях угла т возникающая погрешность профиля резьбы невелика, однако при т > 10... 15° необходимо иметь бо­лее точные значения параметров профиля зубьев в сечениях фрезы и за­готовки плоскостями, перпендикулярными к оси оправки. При этом на кривых сечения находят точки касания фрезы и заготовки и по ним стро­ят профиль боковых режущих кромок зубьев фрезы.

Головки для охватывающего («вихревого») фрезерования резь­бы применяются в тяжелом машиностроении для скоростного нарезания крупных резьб на ходовых винтах длиной до 10 ООО мм и диаметром до 1000 мм. Схема головки для охватывающего фрезерования показана на рис. 9.12. Она имеет достаточно сложную конструкцию и устанавливает­ся на суппорте токарного станка с наклоном к оси заготовки под углом подъема резьбы т. Головка с установленными в ней твердосплавными резцами охватывает заготовку и приводится во вращение от индивиду­ального привода со скоростью 100...450 м/мин.

Головка ¹

б)

Рис. 9.12. Схемы «вихревого» резьбофрезероваиия многорезцовыми головками:

а - схема головки; б - конструкция резца

Заготовке задается встречное вращение от шпинделя станка с невы­сокой скоростью. В процессе резания головка перемещается вдоль оси заготовки с подачей на оборот, равной шагу резьбы. Нарезание резьбы обычно производится за один, реже два прохода. В корпусе головки раз­мещаются 2... 12 резцов, которые из-за смещения центра ее вращения относительно оси заготовки на величину Я вступают в контакт с заготов­кой периодически. Поэтому стружка, снимаемая каждым резцом, имеет переменную толщину, равную нулю в точке 1 начала и в точке 2 конца контакта и максимальную толщину в середине между этими точками, равную s₂. Такая форма стружки при ее относительно небольшой длине значительно облегчает условия ее удаления из зоны резания. Процесс фре­зерования при этом неравномерный, поэтому требуется повышенная жест­кость конструкции корпуса головки во избежание появления вибраций.

Резцы с напайными твердосплавными пластинами (рис. 9.12, б) за­тачивают под углами у = 0...6⁰, а_в = 6...8° на пластине и под углами а₂ = 15...20° на державке и а_б = 6° на боковых режущих кромках. Благо­даря высоким скоростям резания, хорошей транспортабельной форме стружки, низким радиальным нагрузкам такие головки позволяют наре­зать резьбы с высоким качеством поверхности на длинных жестких ва­лах. При этом производительность в 3-4 раза выше, чем при обычных резьбофрезеровании и точении.

9.3. МЕТЧИКИ

Метчики широко используются в машиностроении для нарезания резьбы в отверстиях заготовок и весьма разнообразны по конструкциям и геометрическим параметрам.

Метчик - это винт, превращенный в инструмент путем прорезания стружечных канавок и создания на режущих зубьях передних, задних и других углов. Для крепления на станке или в воротке он снабжен хвосто­виком. Режущая часть метчика изготавливается чаще всего из быстроре­жущей стали, реже из твердого сплава.

Условия резания при снятии стружки метчиком очень тяжелые из-за несвободного резания, больших сил резания и трения, а также затруднен­ных условий удаления стружки. Кроме того, метчики имеют пониженную прочность из-за ослабленного поперечного сечения. Особенно отрица­тельно это сказывается при нарезании резьбы в вязких материалах мет­чиками малых диаметров, которые часто выходят из строя из-за поломок, вызванных пакетированием стружки.

Достоинствами метчиков являются: простота и технологичность конструкции, возможность нарезания резьбы за счет самоподачи, высо­кая точность резьбы, определяемая точностью изготовления метчиков.

По конструкции и применению метчики делят на следующие типы:

1) ручные (слесарные) - с ручным приводом, изготавливаются ком­плектами из двух или трех номеров;

2) машинно-ручные одинарные или в комплекте из двух номеров - с ручным или станочным приводом;

3) машинные одинарные - со станочным приводом;

4) гаечные - для нарезания резьбы в гайках на специальных станках;

5) плашечные и маточные - для нарезания и, соответственно, ка­либрования резьбы в резьбонарезных плашках;

6) специальные - для нарезания резьб различных профилей: трапе­цеидальных, круглых, упорных и т.д., а также сборные регулируемые, метчики-протяжки, конические метчики и др.

Конструктивные элементы метчиков и геометрические пара­метры режущей части. Несмотря на большое разнообразие типов мет­чиков, они имеют общие основные части, конструктивные элементы и геометрию режущей части, которые рассмотрим ниже на примере метчи­ков для нарезания остроугольной крепежной резьбы, получивших наи­большее распространение на практике.

Основными частями метчика (рис. 9.13) являются: режущая (забор­ная) и калибрующая части, стружечные канавки, число перьев и зубьев, хвостовик с элементами крепления. К геометрическим параметрам отно­сятся: <р - угол заборного конуса, играющий роль угла в плане; у и а - ередний и задний углы на режущих кромках; ш - угол наклона винтовых стружечных канавок; А, - осевой угол подточки передней поверхности.

Режущая часть метчика выполняет основную работу по срезанию припуска, формированию профиля нарезаемой резьбы и удалению стружки из зоны резания. Она определяет точность резьбы и стойкость метчиков.

Для распределения припуска между зубьями режущая часть выпол­няется на поверхности усеченного конуса, называемого заборным, с уг­лом q> наклона его образующей к оси. Если режущая часть получается путем срезания на конус резьбы исходного винта, то высота зубьев на нем переменная.

При этом зубья на длине режущей части 1_Х срезают припуск во впа­дине резьбы детали по генераторной схеме, т.е. каждый режущий зуб участвует в формировании профиля резьбы (рис. 9.14). Использование такой схемы значительно упрощает технологии изготовления и заточки метчиков.

Известны и другие предложения по оформлению режущей части метчика, например по использованию профильной схемы резания, когда на заборном конусе нарезаются зубья с полным профилем резьбы или в качестве образующей заборной части берется не прямая, а дуга окружно­сти и др. Хотя эти варианты и позволяют повысить стойкость метчиков и точность нарезаемой резьбы, но они существенно увеличивают трудоем­кость изготовления метчиков и поэтому не нашли широкого практиче­ского применения. При генераторной схеме резания главными режущими кромками являются вершинные кромки переменной ширины, а боковые кромки зубьев - вспомогательными.

Дата добавления: 2015-08-27