Тема 6.2. Нарезание резьбы метчиками и плашками

В отличие от токарных резьбовых резцов, нарезающих полный резьбовой профиль за несколько рабочих проходов, инструменты этой группы нарезают резьбу полного профиля за один проход одним или несколькими резьбовыми гребенчатыми режущими профилями, расположенными на их рабочей части.

Резьбовые гребенки, предназначенные для нарезания резьбы за один рабочий проход (рис. 6.2.1), имеют один режущий гребенчатый профиль. На метчике (рис. 6.2.2) и на круглой плашке (рис. 6.2.3) имеется несколько (обычно три-четыре) режущих гребенчатых профиля, которые образуются разделением сплошной резьбовой поверхности продольными канавками (на метчиках) или отверстиями (на плашке). На самооткрывающейся резьбонарезной головке (рис. 6.2.4) на общем корпусе смонтированы четыре круглые резьбовые гребенки, каждая из которых имеет по одному режущему профилю. Круглые гребенки имеют не винтовые, а кольцевые профильные витки и устанавливаются поэтому под углом а подъема нарезаемой резьбы к оси вращения заготовки.

Рис.6.2.1. Нарезание резьбы резьбовой гребенкой

У всех перечисленных инструментов вершины полных резьбовых профилей срезаны по наклонным линиям 1-2. Точка 1 лежит на наружном, а точка 2 на внутреннем диаметре резьбы. Угол наклона линии среза вершин зубьев резьбового профиля определяет длину режущей части l_р. На образованной таким образом режущей части l_р резьбовых гребенчатых профилей зубья имеют последовательно возрастающую высоту. Аналогично обработке протягиванием каждый последующий зуб срезает часть площади сечения впадины резьбового профиля на обрабатываемой заготовке и тем самым участвует в формировании резьбы.

Рис.6.2.2. Метчик для нарезания резьбы в отверстиях

За исключением резьбовых гребенок, остальные резьбонарезные инструменты в процессе резания не имеют жесткого базирования и не получают дополнительного формообразующего движения от механизма станка. Центрирование резьбонарезных инструментов в заранее заготовленных отверстиях (внутренняя резьба) или на стержнях (наружная резьба) выполняют элементы режущих зубьев самих инструментов. Кроме того, боковые поверхности резьбы, нарезаемой на заготовках, контактируя с боковыми сторо­нами зубьев резьбонарезного инструмента, выполняют функции механизма продольной подачи станка, обеспечивая дополнительное движение на шаг Р резьбы согласно принципиальной кинематической схеме. Таким образом, метчики, круглые плашки и самооткрывающиеся резьбовые головки осуществляют нарезание резьбы в специфических условиях базирования и обеспечения кинематических связей, необходимых для формирования резьбы с заданными профилем, шагом и диаметром.

Рис.6.2.3. Круглая плашка для нарезания наружной резьбы на стержнях

Резьбовые гребенки, как и резцы, жестко крепятся в державках на суппорте станка. Перед закреплением гребенки устанавливают так, чтобы режущий гребенчатый профиль располагался в плоскости, проходящей через ось вращения заготовки, т. е. угол γ = 0 (см. рис. 16.5), а линия, проходящая через вершины калибрующего участка l_к была параллельна оси вращения заготовки.

Рис.6.2.4. Самооткрывающаяся резьбонарезная головка

Циклограмма перемещений резьбовой гребенки (см. рис. 6.6.1) подобна циклограмме перемещений профильного резьбового резца. Она отличается только тем, что всего одно поперечное перемещение А₁ обеспечивает нарезание резьбы полного профиля и необходимого диаметра (с учетом заданных допусков на размеры профиля резьбы) за один рабочий проход А₂. Рабочий проход гребенки осуществляется механизмом ходового винта привода продольной подачи станка с принудительным осевым перемещением гребенки на размер нарезаемого шага Р за один оборот заготовки. После завершения рабочего прохода гребенка отводится от заготовки поперечным перемещением А₃ и далее совершает холостой ход А₄ в исходное положение.

Применение резьбовых гребенок возможно только в том случае, если конфигурация обрабатываемой детали позволяет свободный ее подход в исходное положение и свободный выход после рабочего прохода.

Метчики, круглые плашки и самооткрывающиеся резьбонарезные головки крепятся в специальных качающихся или плавающих патронах, передающих инструменту только вращательное движение и необходимый для преодоления сил резания крутящий момент. Жесткого осевого и радиального базирования инструментов такие патроны не обеспечивают. На протяжении двух-трех первых оборотов резьбонарезные инструменты поджимаются к заготовке в осевом направлении пружиной патрона. За это время режущие зубья начальных витков режущей части осей нарезают на поверхности заготовки два-три витка резьбы неполного профиля. Боковые поверхности режущих зубьев, находясь в контакте с боковыми сторонами нарезаемых резьбовых витков, образуют кинематическую пару типа ходовой винт — маточная гайка. Эта пара обеспечивает соосность геометрических осей резьбонарезного инструмента и обрабатываемой заготовки, а также взаимное осевое перемещение на шаг Р нарезаемой резьбы за каждый оборот инструмента или заготовки, т. е. такие специфичные условия обработки, как самоцентрирование и самоподача. Нарезание резьбы в этих условиях позволяет получать на деталях более точные резьбовые соединения, чем при использовании жестких патронов и принудительной подачи. При самоподаче точность профиля нарезаемой резьбы определяется только точностью профиля резьбонарезного инструмента, в то время как при принудительной подаче она будет зависеть от двух параметров — точности инструмента и размера подачи, определяемого, в свою очередь, точностью деталей привода.

Число режущих зубьев. Формирование профиля резьбы на заготовке осуществляется зубьями инструментов, расположенными на режущей части. Число режущих зубьев z_p, участвующих в срезании припуска во впадинах профиля резьбы, зависит от числа резьбовых витков на длине режущей части l_р и числа К_г гребенчатых режущих профилей, одновременно участвующих в работе.

Как уже говорилось, режущий участок гребенчатых резьбонарезных инструментов образуется благодаря тому, что вершины части расположенных на них зубьев в пределах высоты Н резьбового профиля срезаны по наклонной линии 1-2 (см. рис. 6.6.1. . 6.6.4). Расстояние между точками 1 и 2 по оси инструмента, равное длине l_р режущей части, находят из уравнения

l_р = H/tg φ₀

где Н — высота профиля резьбы. Число режущих зубьев на одном режущем гребенчатом профиле равно

z₁= l_р /Р=Н/(Р tg φ₀).

Число гребенчатых режущих профилей зависит от типа инструмента и его конструктивного исполнения. Резьбовые гребенки, как призматические, так и круглые, а также одноканавочные метчики имеют по одному режущему гребенчатому профилю. Круглые плашки для нарезания резьб с малым шагом (Р < 2 мм) и двух- и трехканавочные метчики имеют соответственно два-три режущих профиля.

Стандартные метчики, круглые плашки и самооткрывающиеся резьбонарезные головки для нарезания резьб диаметром от 6 до 25 мм обычно имеют четыре канавки или отверстия и такое же число (К_r - 4) режущих профилей. Метчики и плашки, предназначенные для нарезания резьб большого диаметра (свыше 25 мм), могут иметь К_r > 5.

Общее число режущих зубьев на всех гребенчатых режущих профилях определяется зависимостью

z_p = z₁ K₁= K_r l_р/P = К_ГН/(Р tg фо).

Схема срезания припуска и формирования профиля резьбы. В процессе срезания припуска и формирования полного резьбового профиля каждый режущий зуб выполняет свою долю работы, определяемую его положением на режущей части инструмента.

Если метчики, круглые плашки и самооткрывающиеся резьбонарезные головки имеют, например, четыре режущих гребенчатых профиля (К_r — 4), схема взаимного расположения всех режущих зубьев на длине l_р в том порядке, в каком они последовательно участвуют в резании, показана в виде развертки на рис. 6.2.5

.

Рис.6.2.5.

На первом режущем гребенчатом профиле (ряд I) расположены режущие зубья 1, 5, 9, 13 и 17 (нумерация зубьев соответствует очередности их участия в резании); на втором профиле (ряд II) расположены режущие зубья 2, 6, 10, 14 и 18; на третьем профиле (ряд III) — режущие зубья 3, 7, 11, 15, 19 и, наконец, на четвертом профиле (ряд IV) — зубья 4, 8, 12, 16 и 20. Каждый последующий режущий гребенчатый профиль смещен слева направо относительно предыдущего на размер Р/К_r.

В процессе резания и формирования резьбового профиля на заготовке последовательно вступают режущие зубья 1, 2, 3, 4, лежащие на первом витке режущей части. Зуб 1 на пути своего результирующего винтового движения резания вырезает на поверхности заготовки винтовую канавку (ее поперечное сечение на рис. 6.2.5. заштриховано), через четверть оборота заготовки или инструмента после зуба 1 в работу вступает зуб 2. Он расширяет и углубляет лежащие на втором витке режущей части инструмента, и т. д. Каждый из режущих зубьев, вплоть до зуба 20, срезает слой материала, заштрихованный на соответствующем контуре зуба. Если совместить контуры слоев, срезаемых всеми зубьями режущей части, получившаяся картина соответствует схеме срезания всего припуска.

Из рис. 6.2.5. видно, что площади поперечного сечения слоев, срезаемых разными зубьями, различны. На первых зубьях она возрастает, достигает максимума и затем постепенно уменьшается до нуля.

Геометрические параметры режущей части. Все режущие зубья гребенчатых резьбонарезных инструментов имеют по три режущих кромки, составляющие ломаный контур, например 1-1"-2"-3 (рис. 6.2.6). По протяженности режущие кромки, составляющие угол φ₀ к оси резьбы (кромка 1"-2"), обычно больше участков 1- 1' и 3-2', лежащих на боковых сторонах резьбового профиля. Только на нескольких последних зубьях режущей части они сопоставимы по длине. Поэтому режущие кромки, наклоненные под углом φ₀ к оси резьбы, на всех режущих зубьях являются главными режущими кромками главных режущих лезвий, выполняющих основную работу по срезанию припуска. Режущие кромки 1- 1" и 3-2", формирующие боковые профильные стороны (поверхности) на нарезаемой резьбе, являются вспомогательными режущими кромками.

Согласно общему определению главный угол в плане φ измеряется между главной режущей кромкой и вектором скорости подачи v_s. Так как при нарезании резьбы гребенчатыми инструментами подача на каждый режущий зуб реализуется разностью высот смежных зубьев и поэтому направлена перпендикулярно оси инструмента, то главный угол в плане φ согласно схеме на рис. 6.2.6 равен

φ= 90^o-φ₀.

Вспомогательный угол в плане φ₁ на гребенчатых резьбонарезных инструментах измеряется между линией, параллельной вектору скорости подачи v_s и вспомогательной режущей кромкой (рис. 6.2.6):

φ₁ = α₀/2,

где α₀— угол профиля резьбы.

Рис 6.2.6. Геометрические параметры режущих зубьев гребенчатых инструментов и размеры срезаемого слоя

Угол наклона главной режущей кромки λизмеряется между главной режущей кромкой и плоскостью, перпендикулярной вектору скорости резания. Его количественное значение и знак определяются соотношением угла подъема нарезаемой резьбы и углом наклона стружечной канавки. Он положителен (λ> 0), когда срезаемая стружка отклоняется в сторону осевого перемещения инструмента, опережая его. Отвод стружки в этом случае не затрудняет процесс резания. Угол наклона главной режущей кромки отрицателен (λ < 0), когда срезаемая стружка отклоняется в сторону, противоположную осевому перемещению инструмента. Стружка в этом случае направляется в канавки или отверстия между режущими гребенчатыми профилями. Отвод стружки через закрытые и узкие канавки и отверстия затруднен. Возможно застревание стружки в канавках метчиков или отверстиях плашек, что приводит к поломке инструмента или повреждению нарезанной на заготовке резьбы.

Задний угол αна гребенчатых резьбонарезных инструментах измеряется между касательной к окружности нарезаемой резьбы на заготовке и касательной к задней поверхности инструмента (см. рис. 6.1.1…6.1.4.). Обе линии лежат в плоскости, перпендикулярной оси нарезаемой резьбы. У гребенчатых резьбонарезных инструментов α = 8.. .10°.

Передний угол γ измеряется между касательной к передней поверх­ности инструмента и линией перпендикулярной радиусу нарезаемой резьбы в рассматриваемой точке (см. рис. 6.1.1…6.1.4). Обе линии лежат в плоскости, перпендикулярной оси нарезаемой резьбы. Передние углы на рассматриваемых инструментах берутся в пределах γ = 10... .. .25°.