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.

Гребенчатые фрезы (рис. 1) применяются для нарезания остро­угольных наружных и внутренних резьб с мелким шагом на цилиндри­ческих и конических поверхностях заготовок. По сути, они представля­ют собой набор дисковых фрез, выполненных заодно 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. 2. Здесь ось фрезы устанавлива­ется параллельно оси заготовки. Фреза вращается вокруг своей оси со скоростью υ_ф, определяемой стойкостью инструмента, и в начальный момент врезается с радиальной подачей s_р=s_zzn_ф . После чего она пе­ремещается на величину одного шага резьбы P вдоль оси заготовки с подачей s_пр = P. При этом заготовка медленно поворачивается на 1.. .1¼ оборота. Здесь перебег, равный ¼ оборота, совершается для ком­пенсации пути врезания инструмента на заданную глубину профиля резьбы.

Соотношение между числами оборотов детали n_д и фрезы n_ф опре­деляется по следующим формулам:

где s_z — подача на один зуб фрезы; z — число зубьев (стружечных ка­навок) на торце фрезы; d₂ — средний диаметр резьбы, мм; d_ф — диаметр фрезы, мм.

Для фрез из быстрорежущей стали υ_ф = 25…30 м/мин, для твердо­сплавных фрез υ_ф=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 L, число зубьев (стружечных канавок) z , направление канавок, размеры профиля резьбы (угол профиля α, высота резьбы h, шаг Р), высота зуба Н, величина падения затылка k_z:

d = d_o + 2E + 2H

где Е — толщина стенки корпуса фрезы (Е = (0,3…0,4)d_o); Н — высота зуба фрезы:

H = h + k_z + r + e

где k_z — величина падения затылка; r — радиус у основания зуба; e — 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 d_з отверстия в заго­товке d = (0,85…0,90)d_з 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 равным

Стружечные канавки прямые или винтовые с углом наклона к оси фрезы ω=5…15°. При этом 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 θ невелик (рис. 3), то это вызывает неравномерность нагрузки на зубья фрезы. Поэтому жела­тельно, чтобы в пределах угла θ находилось не менее двух зубьев.

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

tg α_б = tg α_в sin α/2

где α /2 — половина угла профиля резьбы (для метрической резьбы
α=60°); α_в — задний угол при вершине зуба (при α_в = 8…10°, α_б = 4…5°).

Передний угол γ быстроре­жущих фрез выбирается в зави­симости от свойств обрабаты­ваемого материала. Так, напри­мер, для твердых сталей, чугуна, бронзы и латуни рекомендуется брать угол γ = 0, для сталей средней твердости γ = 3…5°, для цветных металлов и сплавов γ = 10…12°. При положительных передних углах необходимо про­водить 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 h₂, отсчитываемая от среднего диаметра, должна быть больше высоты головки резьбы детали, равной h/2.

Этот пересчет ведется по формулам, приведенным в технической литературе, причем параметры, использованные в этих расчетах, пока­заны на рис. 4:

• высота головки резьбы на передней грани

• высота ножки резьбы

где β₁, β₂ — углы, рассчитываемые по формулам:

• полная высота резьбы

h = h₁ + h₂

• высота головки резьбы

h₁ = h/2 +δ_и

где δ_и — допуск на износ,

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

h₂ = h / 2 + 0,02 мм

• половина угла профиля резьбы фрезы

Дисковые фрезы.

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. 5). 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 (z = 34…40) остроконечных зубьев. Благодаря этому обеспечивается 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. 6), 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 фрезеровании трапецеи­дальной резьбы на червяках угол профиля резьбы ε_и и толщину зуба b_и на окружно­сти среднего диаметра инст­румента рассчитывают по формулам:

tg ε_и /2 = tg ε /2cos τ;

b_и = b cos τ.

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 τ возникающая по­грешность профиля резьбы невелика, однако при τ >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.

Головки для охватывающего («вихревого») фрезерования резь­бы применяются в тяжелом машиностроении для скоростного нареза­ния крупных резьб на ходовых винтах длиной до 10000 мм и диаметром до 1000 мм. Схема головки для охватывающего фрезерования показана на рис. 7. Она имеет достаточно сложную конструкцию и устанавли­вается на суппорте токарного станка с наклоном к оси заготовки под углом подъема резьбы τ. Головка с установленными в ней твердо­сплавными резцами охватывает заготовку и приводится во вращение от индивидуального привода со скоростью 100…450 м/мин.

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 Н 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 s_z. 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. 7, б) за­тачивают под углами γ = 0…6°, α_в = 6…8° на пластине и под углами α₂ = 15…20° на державке и α_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.