Нарезание резьбы на токарном станке с ЧПУ — циклы, режимы, программы

Семь из десяти изготовленных на токарных станках деталей содержат внутреннюю или внешнюю резьбы. Поэтому любой токарь должен знать алгоритм нарезки резьбовой канавки. Далее по тексту мы рассмотрим нюансы нарезания резьбы на станках с ЧПУ. Эта статья устранит пробелы в ваших знаниях или послужит руководством к действию для начинающего токаря.

Чем нарезают резьбу на станках с ЧПУ

В токарном деле для нарезания резьбы принято использовать следующие режущие инструменты:

• Наружные или внутренние резьбонарезные резцы, режущая кромка которых совпадает с профилем резьбовой канавки. Резцы используют только токарные станки с ЧПУ. Этот инструмент не имеет ограничений по сложности резьбового профиля и гарантирует высокую точность обработки.
• Метчики — обеспечивают нарезку внутренней резьбовой канавки. Для повышения точности у метчиков должен быть гибкий хвостовик, компенсирующий ошибки синхронизации. Метчики используют с токарными, фрезерными и даже сверлильными агрегатами. Минус инструмента — ограничения по диаметру и шагу, а также сложности резьбового профиля.
• Плашки — инструмент для нарезания наружной резьбовой канавки. Используются в качестве ручного инструмента и очень редко при токарной нарезке, вместе со специальной оснасткой.
• Резьбовые фрезы — похожий на гибрид метчика и сверла режущий инструмент, используемый при фрезеровке и совместно со сверлильными агрегатами. Преимущества — низкая склонность к налипанию стружки на режущую кромку, что повышает качество канавки, а также высокая скорость обработки (может нарезать сразу несколько нитей за один цикл).

Нарезание резьбы любого типа начинается с выбора инструмента. Обычно токарь или фрезеровщик работает с тем, что есть в наличии — резцом, метчиком, плашкой. Далее нужно выбрать основные режимы резания, на которые будет опираться рабочая программа.

Расчет глубины резания и скорости подачи

Нарезание резьбы на любом станке начинается с определения основных режимов резания — глубины и скорости. Под глубиной в этом случае понимают аналогичный параметр резьбовой канавки. Для расчета это режима используется простая формула:

h=0.613⋅P

Буква h в этой формуле обозначает глубину резьбы и резания, а буква Р — шаг резьбовой канавки. Формула справедлива для самой распространенной разновидности резьбы — метрической, с углом при вершине профиля 60 градусов. Причем в реальности полученную по этой формуле глубину уменьшают на припуск, который оставляют на чистовую доводку канавки. За один проход инструмента не принято снимать более 2/3 h.

Предельная скорость подачи рассчитывается по формуле:

F=n⋅P

Буква F в этом случае обозначает искомую скорость, измеряемую в миллиметрах в минуту, а n — это частота оборотов шпинделя, которая определяется коробкой скоростей станка с ЧПУ. Р — это все тот же шаг резьбы. Реальная скорость резания может быть меньше предельного значения (F), поскольку на нее влияет материал заготовки и характеристики режущего инструмента.

Что бывает при выборе неверной глубины и скорости

Ошибка при выборе глубины и скорости резания приводит к непоправимым дефектам резьбовой канавки. Плашка или метчик не по размеру образуют рваную канавку. Ошибка в расчете глубины приводят к появлению неполного резьбового профиля. Отклонение инструмента или заготовки от расчетного положения объясняет перекос витков. Слишком высокая скорость резания приводит к задирам витков, а чрезмерная глубина — к тугому ходу при сборке резьбовой пары. Поэтому предельные значения скорости и глубины лучше проконтролировать вручную, не доверяя даже самой надежной программе. После этого вам останется только выбрать метод подвода режущего инструмента к заготовке.

Выбор метода подачи инструмента

От метода подвода режущего инструмента к заготовке зависит производительность процесса нарезания резьбы, а также ее качество. Большинство агрегатов с числовым программным управлением практикуют следующие режимы подачи инструмента:

• Осевой формат — резец или резьбовая фреза двигаются вдоль оси вращения заготовки, нарезая канавку за один или несколько циклов. Это стандартный режим, который подойдет метрической резьбе любого диаметра, но приводит к сильному износу резцов и фрез.
• Радиальный формат — инструмент подается перпендикулярно к оси вращения детали, формируя за цикл один или несколько витков. Этот способ гарантирует максимально простую программу обработки и допускает точение малых диаметров, но также дает значительную нагрузку на инструмент.
• Дифференциальный метод — инструмент подают под углом к линии резьбового профиля, что снижает нагрузку на кромку и повышает качество обработки. Такой метод хорош при нарезке большого диаметра, но требует высокой квалификации или оператора.
• Комбинированный способ — в этом случае используют осевую и радиальную технологию, чередуя проходы вдоль оси с врезанием под перпендикуляром. Благодаря этому можно снизить нагрузку на инструмент, получая резьбовую канавку с любым диаметром и шагом.

Далее по тексту мы рассмотрим два основных способа нарезки метрической канавки — упрощенный радиальный и универсальный комбинированный, с обзором плюсов и минусов каждой технологии.

Радиальная подача

Технология радиального точения резьбового профиля предполагает строго перпендикулярную траекторию движения режущей кромки относительно оси вращения детали. Цикл точения заключается в подводе и отводе резца. На каждом подводе срезается часть глубины канавки, пока инструмент не выходит на полный профиль. Эта технология справится с самым мелким шагом канавки, но подходит только для материалов с небольшим и средним классом твердости (латунь, сталь, но не титановый или высоколегированный сплав). Преимущества метода:

• Простота настройки станка и программы;
• Совместимость с большинством токарных моделей;
• Внутреннее и наружное точение.

Из минусов заслуживает упоминание повышенная нагрузка на режущую кромку, а также затруднения, которые возникают при точении канавки с большим шагом.

Комбинированная подача

Технология комбинированного точения снимает любые ограничения, которые касаются траектории движения резца. Режущая кромка может заходить в деталь под углом, перпендикулярно или параллельно оси детали. Такое точение нивелирует нагрузку на кромку, позволяя обрабатывать самые твердые сплавы, нарезая канавку с любой глубиной и шагом. Обычно около 60% глубины проходят на радиальном режиме, используя дифференциальное точение при большом шаге. Далее идет осевой цикл, когда выбирается до 99% от глубины профиля. В финале используют радиальную или осевую доводку оставшегося процента, обеспечивая высокое качество поверхности. Благодаря комбинированному подходу увеличивается срок службы резьбовых резцов, а также повышается точность глубины и шага канавки. Единственный минус — сложность составления программы для станка.

Циклы нарезания резьбы на станке с ЧПУ

Чтобы облегчить программирование процесса нарезки канавки, токари используют стандартные циклы, управляющие работой шпинделя и инструментальной консоли. В список самых распространенных циклических подпрограмм можно включить:

• G32 — однопроходный цикл для не самого сложного профиля канавки;
• G76 — вариант для нарезания метрической или дюймовой резьбы за несколько проходов;
• G33 — программа для точения конусной резьбы;
• G92 — вариант для опытных операторов, предполагающий ручную корректировку всех режимов точения.

Рассмотрим пример составления программы в синтаксисе G76, который описывает создание метрической/дюймовой резьбы. Базовая формула состоит из двух строк:

1. G76 Pxxxxxx Qyyy Rzzz
2. G76 Xuuu Zvvv Pwww Qttt Fsss

В этом случае в первый блок первой строки (Pxxxxxx) вписывают угол захода, количество проходов и направление подачи. Во второй блок первой строки (Qyyy) вносят минимальную глубину погружения режущей кромки, а в третий блок (Rzzz) припуск на доводку. Первый блок второй строки (Xuuu) отдают под резьбовой диаметр, второй блок (Zvvv) указывает на длину сгона, третий (Pwww) обозначают глубину канавки, четвертый (Qttt) ограничивает глубину первого прохода, пятый (Fsss) — это шаг профиля. Рабочий пример кода: G76 P020060 Q100 R0.1 и G76 X8.5 Z-20 P900 Q200 F1.5, что позволяет нарезать профиль M10×1.5.

Смотрите также:

Резьбонарезные станки 2