Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

 

5.1 КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗЬБ, ЗУБЬЕВ И ШЛИЦЕВ

 

Идентичность конструктивных параметров сложных поверхностей – резьб, зубьев и шлицев предопределяет существенную схо­жесть технологических решений при их изготовлении.

 

5.1.1 Идентичность конструктивных параметров у сложных поверхностей

 

Резьба, зубья и шлицы, применяемые, как правило, на дета­лях типа тел вращения, являются исполнительными поверхно­стями, относящимися к многомерным (число конструктивных параметров достигает 10). В большинстве случаев, сложные по­верхности разделяют по их расположению на наружные и внут­ренние.

Основным элементом сложной поверхности является про­филь в поперечном или продольном сечении. Типовые формы профилей приведены на рис. 5.1 и охарактеризованы в табл. 5.1.

 

Треугольный профиль

              Трапецеидальный профиль       Эвольвентный профиль

              резьбы или зубьев червяка             зубьев шестерен или шлицев

 

Рисунок 5.1 – Типовые формы профиля

 

  Из них следует, что формы профилей у сложных поверхно­стей часто являются идентичными. Этим объясняется факт по­лучения различных поверхностей иногда простым варьирова­нием установки (наклоном) универсального инструмента относительно заготовки.

­

 

Таблица 5.1 – Характеристика типовых профилей
Типовая сложная поверхность	Форма профиля	Разновидности поверхностей	Угол подъёма витка ψ или наклона зуба γ
Резьба (рис. 5.1,а)	Треугольная, трапецеидальная, прямоугольная	Кольцевая	ψ = 0
		Однозаходная	0о < ψ < 11о
		Многозаходная	1о < ψ <30о
Зубья цилин­дрические (рис. 5.1,г)	Эвольвентная	Прямозубые	γ = 0о
		Косозубые	γ = 10о...35о
		Шевронные	γ = 20о...30о
Зубья реек	Эвольвентная	Прямозубые	γ = 0о...30о
		Косозубые
Зубья червячные (рис. 5.1,в)	Трапецеидальная, эвольвентная	Однозаходные	γ ≤ 6о
		Многозаходные	γ = 6о...40о
Шлицы (рис 5.1,б)	Треугольная, прямобочная, эвольвентная	Центрирование по различным по­верхностям	γ = 90о
Рифления	Треугольная	Прямые	γ = 0о
		Наклонные	γ = ±20...30о
		Перекрёстные	γ = ± 45о

 

 Таким образом, идентичность часто приводит к схожести конструктивных параметров (табл. 5.2) и соответственно к схо­жести технологических решений при обработке и контроле сложных поверхностей. Учет этого способствует более ком­пактному изложению материала.

 

Таблица 5.2 –Подобие  конструктивных параметров

Поверх­ность	Диаметры, мм		Шаг, мм	Мо­дуль т, мм	Дли­на, L, мм	Число заходов n или зубьев Z	Сте­пень точ­ности*
	Наруж­ный	Средний или дели­тельный
Резьба	d	d ср	Р	-	L	n =1...50	2–10
Зубья	D	Dд	Р	т	L(b)	n = 1...7	2–12
Шлицы	D	Dд	Р	т	L	Z до 400	4–10
* – 6ая – средняя степень точности, предпочтительная для применения, для неё  Rа = 0,8...3,2 мкм; 4 и 5ая степень с Rа = 0,4... 1,6 мкм – для точных деталей; 2 и 3яя степень с Rа = 0,2... 0,8 мкм – для эталонов и калибров.

 

     5.1.2 Общие сведения по резьбам

 

  Резьба является самой распространенной из сложных по­верхностей. Её изобрёл в Древней Греции Архимед в III веке до новой эры. В 1841 г., в Британии, Витворт впервые создал кон­структорскую систему дюймовых резьб с углом профиля 55°, а в 1860 г. Селлер в США создал дюймовую резьбу с углом 60°. К нашему времени они дошли под названием Британских и Американских резьб.

  В 1898 г. в Швейцарии, г. Цюрих, конгресс принял между­народную метрическую систему резьб с углом профиля 60° (ISO) которому соответствует ГОСТ 16093.

  Сейчас существует порядка 50 стандартов на резьбы. На рис. 5.2,а....м, представлены основные профили треугольных резьб: метрических, трубных, конических, трубных конических и конических для газов, а также резьб более сложных профи­лей: трапецеидальных, круглых, упорных, электротехнических ламповых, прямоугольных, шарико-винтовых и нефтегазовых трапецеидальных.

 

                                               

 

Рисунок 5.2 – Основные профили резьб

 

  Классификация резьб по конструктивным признакам при­ведена на рис. 5.3. К разделительным признакам относят располо­жение резьбы (внутренняя и наружная), форму и угол профиля, а также размеры резьбы и точность. Все указанные признаки ока­зывают влияние на технологию. Это хорошо видно на примере размерного признака, оказывающего существенное влияние на применяемость общемашиностроительных метрических резьб (рис. 5.4,а,б). Так, наиболее применяемыми являются резьбы в диапазоне диаметров от 5 до 20 мм, а шагов – от 0,5 до 2,5 мм. Поэтому их чаще всего изготовляют в условиях массового про­изводства с применением высокотехнологичных методов обра­ботки на специализированных метизных предприятиях.

 

 

 

Примечание: * – указанные степени точности относятся к метрической резьбе по ГОСТ 16093.

 

Рисунок 5.3 – Классификация резьб

 

 

 

Рисунок 5.4 – Применяемость резьб

 

 

     5.1.3 Общие сведения по зубьям

 

  Технологические операции изготовления зубьев являются самыми сложными и трудоемкими в механообработке.

  Материал зубчатых колес – легированные стали типа 18ХГТ, 25ХГНМ со средним содержанием углерода 0,10...0,25%, подвергаемые цементации и закалке до твердости НКС 60...63 на глубину 0,8...2 мм. Малонагруженные зубчатые колеса изготовляют из чугунов типа СЧ32, бронзы, латуни и пластмасс.

 Зубья разделяют по форме на цилиндрические, конические и червячные.

 Степень точности зубьев характеризует плавность, бес­шумность вращения и долговечность их работы. В продукции различных отраслей машиностроения применяют разные степе­ни точности: 5...6 – в легковых автомобилях, 6...8 – в тракто­рах, 8... 10 – в менее ответственных машинах и т.п.

 Каждая степень содержит три нормы – кинематической точ­ности, плавности работы и контакта зубьев в передаче, а также несколько видов сопряжений и допусков на боковой зазор.

 Каждая норма точности, а также сопряжение, имеет не­сколько измеряемых параметров.

 Цилиндрические зубья

 Цилиндрические зубья по ГОСТ 1643 находят наибольшее применение из-за их лучшей технологичности.

 Их разделяют (рис. 5.5) на: прямозубые (а); косозубые пра­вые и левые (б, в); круговые (г); бочкообразные (д); шевронные (е); внутреннего зацепления (ж); блочные-сдвоенные (з); реечные (и). С точки зрения технологии рейка – это зубчатое колесо с радиусом R → ∞.

 

Рисунок 5.5 – Цилиндрические зубья

 

     Конические зубья

  Они предназначены для передачи вращательного движения между валами с пересекающимися осями (в диапазоне углов от 30° до 150°). По ГОСТ 1758 их разделяют на:

- прямозубые с переменной высотой h и соответствую­щими модулями т (рис. 5.6,а), применяемыми для малонагруженных и низкоскоростных передач;

- криволинейные в продольном сечении (рис. 5.6,б,в), имею­щие постоянную высоту зуба h, обеспечивающие зацепление не менее двух зубьев и потому успешно применяемые в на­груженных, быстроходных и малошумных передачах.

 

Рисунок 5.6 – Конические зубья

 Первый станок для обработки прямозубых конических ко­лес методом универсального строгания резцом по шаблону поя­вился в 1875 г. в США на фирме «Глисон».

На рис. 5.7 представлена схема сравнения конической передачи с гипоидной, спироидной и червячной.

 

 

Рисунок 5.7 – Схема трансформации передач

 Гипоидная передача подобна конической передаче с кри­волинейными зубьями, но у неё ось ведущей шестерни смещена выше или ниже оси ведомого колеса, что обеспечивает увели­чение размеров и соответственно прочности шестерни, а также более плавную и бесшумную работу передачи.

 Спироидная передача занимает промежуточное положе­ние между гипоидной и червячной передачами. Однако у неё шестерня имеет большее гипоидное смещение, при этом в заце­плении находятся большее число зубьев и обеспечивается пере­дача больших нагрузок.

Червячные передачи

Эти передачи обеспечивают передачу вращения между скрещивающимися под углом 90° валами колеса и червяка.

Передачи червячные по ГОСТ 18498 имеют передаточные числа i = 10...80, применяемые модули от 1 до 25 мм, делитель­ные диаметры червяков до 450 мм, а колёс – до 6300 мм. Веду­щим элементом червячной передачи является червяк, ведомым –червячное колесо. У червяка зубья расположены по винтовой линии витка.

     Червячные передачи разделяют на цилиндрическую и глобоидную (рис. 5.8,а,б). Глобоидная обеспечивает передачу значительных крутящих моментов, но они сложнее в изготовлении, их применяют реже.

 

 

 

Рисунок 5.8 – Виды червячных передач

 

    5.1.4. Общие сведения по шлицам

 

 Шлицы являются элементами подвижного и неподвижного соединений валов и ступиц, служат для передачи крутящего момента и фиксации положения подвижных деталей.

    Известны следующие формы шлицевых профилей: прямобочные (рис. 5.9,а), применяемые преимущественно в общем машиностроении; эвольвентные (рис. 5.9,б), применяемые в ав­томобилестроении и треугольные с углом профиля 30^о...90^о (рис. 5.9,в), применяемые для неподвижных соединений.

 

Рисунок 5.9 – Формы шлицев

 

Эвольвентные шлицы выполняют по ГОСТ 6033-80 с углом зацепления 30°, модулем т = 0,5...10 мм, диаметрами d = 4...500 мм с числом зубьев Z = 6...48, L_max – до 10d.

Центрирование шлицев выполняют по внешнему или внут­реннему диаметру шлицевого вала (D , d), а также по ширине шлицев S – рис. 5.10,а,б,в.

 

Рисунок 5.10 – Способы центрирования шлицев

 У всех центрирующих поверхностей должны быть жесткие допуски.

 При центрировании шлицевого вала по внутренней поверх­ности последнюю шлифуют, но предварительно прорезают бо­ковые канавки во впадине шлицев. Для этого используют фрезы с протуберанцем (усиками). Эта операция необходима также после получистового нарезания цилиндрических зубьев под по­следующую операцию шевингования или шлифования.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1.     Назовите общие конструктивные параметры для резьб, зубьев и шлицев.

2. Укажите основные признаки классификации резьб.

3. Назовите разновидности зубьев цилиндрических колёс.

4. Укажите виды конических зубьев.

5. Назначение червячных передач.

6. Способы центрирования шлицевых соединений.

 

 

5.2 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАРУЖНЫХ РЕЗЬБ

 

5.2.1 Взаимосвязь методов изготовления наружных резьб и типа организации производства

 

На рис. 5.11,а,б,в, представлены специфические диаграммы применяемости основных методов обработки резьб в машино­строении при различных типах организации производства. В спе­циализированном производстве доминируют высокопроизводи­тельные методы накатывания плоскими плашками и роликом – сегментом (90%), в массовом и крупносерийном – методы обра­ботки резьб нарезными и накатными головками (~ 85%), а в еди­ничном и мелкосерийном – наиболее простой метод нарезания  – круглыми плашками (60%).

 

 

 

Рисунок 5.11 – Применяемость методов обработки резьб

 

 

     5.2.2 Технологическая характеристика методов изготовления наружных резьб

 

 Она представлена в табл. 5.3 и включает в себя ряд конст­руктивных параметров и технологических факторов: диаметр, шаг, длину, угол профиля, степень точности, величину сбега резьбы, максимальную твердость заготовки, производитель­ность и рекомендуемый тип производства.

 Сопоставление и анализ чертёжных, справочных и произ­водственных данных по детали позволяет выполнить важный этап технологического проектирования, заключающийся в вы­боре рационального метода обработки.

 

Таблица 5.3 – Характеристика методов изготовления резьб

 

 

     5.2.3. Методы накатывания наружных резьб

 

 Общие технологические особенности методов накатывания описаны в главе № 3  –методы ППД. Здесь подробно описаны методы и способы накатывания резьб, различающиеся по виду подачи: радиальной, осевой и тангенциальной.

 Метод радиального накатывания резьб

     Накатывание роликом закрепленным в державке – см. рис. 5.12,а. Чаще всего метод применяют при калибровании или обкатыва­нии резьб больших диаметров и крупных шагов. В случае зна­чительной длины резьбы, ролику с державкой может быть при­дана дополнительная - осевая подача относительно вращаю­щейся заготовки, при этом возможна обработка за несколько про ходов. Метод мало применяем.

 

Рисунок 5.12 – Схемы накатывания резьб

 Накатывание резьб с радиальной подачей двумя затылованными роликами выполняют за один оборот вращения роликов при их постоянном межцентровом расстоянии А (рис. 5.12,б). Радиальная подача обеспечивается здесь конструк­цией затылованных инструментов. Метод предназначен для ав­томатической обработки заготовок с максимальным диаметром не более 30 мм. При диаметрах заготовки ≤10 мм возможно на­катывание двух заготовок за один оборот вращения роликов с двумя выемками, производительность – до 60 шт/мин.

 Накатывание резьб двумя парами затылованных роли­ ков (рис. 5.12,в) обеспечивает автоматическую обработку детали типа шпильки с двумя различными резьбами диаметром до 16 мм. За первую половину оборота вращения рабочих шпинде­лей формируют одну резьбу, за вторую – другую резьбу. На рис. 5.12,г дана схема накатывания круглым и затылованным (с 2-мя выемками) роликом.

 Накатывание резьб двумя роликами с тангенциаль­ ной подачей имеет две разновидности:

- с разной скоростью вращения роликов – при исполне­нии их с разными диаметрами (рис. 5.12,д).

- с различной частотой вращения шпинделей станка – при одинаковом диаметре роликов (рис. 5.12,е).

 Эти способы позволяют вести непрерывную производи­тельную обработку резьб диаметром до 10 мм.

 Накатывание резьб двумя роликами с осевой подачей.

 Позволяет наиболее успешно обрабатывать на проход тонкостен­ные и (или) длинномерные заготовки длиной до 6 м. К тонко­стенным деталям относят детали типа резьбовых труб, полых ва­лов, штуцеров и пробок, заготовки которых являются маложест­кими, легко деформируемыми, для которых желательно умень­шение радиальных усилий, что обеспечивается последователь­ным накатыванием одного витка за другим по длине резьбы.

 Накатывание резьб двумя роликами с кольцевой резь­ бой осуществляют на станках с поворотными осями (рис. 5.12,ж). При этом способе одним и тем же комплектом ро­ликов небольшой ширины (30...40 мм) возможна обработка резьб одинакового шага при различных диаметрах. Угол наклона роликов, зависящий от шага резьбы, регулируется поворотом осей. Длина заготовки практически не ограничена. Скорость осевой подачи достигает 9000 мм/мин.

     Накатывание резьб двумя роликами с винтовой резьбой представлено схемой на рис. 5.12,з. Накатывание осуществляют за счёт осевой составляющей силы, возникающей при работе роликами с параллельно расположенными осями, у которых винтовая линия наклонена под углом, большим угла наклона накатываемой резьбы.

     Метод накатывания резьб тремя роликами

Накатывание резьб с радиальной подачей представлено схемой на рис. 5.12,и. Метод рекомендуется для обработки полых заготовок, типа свечей зажигания, конических пробок и заглу­шек с внутренним шестигранником. Его осуществляют на стан­ках вертикальной и горизонтальной компоновки.

 Накатывание резьб с осевой подачей при перекрещи­вающихся осях шпинделей станка представлено схемой на рис. 5.12, к. При ней невозможно обрабатывать резьбы диаметром менее 10 мм из-за вероятности взаимного соприкосновения ро­ликов. Соответствующие станки и накатные станы имеют гори­зонтальную компоновку.

     Метод накатывания резьб четырьмя роликами

  Каждый из четырёх роликов расположен на своём валу с регулируемым углом наклона (рис. 5.12,л). Ролики имеют заборный конус и приводятся в принудительное вращение каждый через свой кардан от четырёхшпиндельной коробки. Наличие четырёх роликов позволяет формировать наружные профили на тонкостенных трубах, применяемых, например, для теплооб­менников. При этом станок позволяет накатывать профиль как по всей длине, так и на заданной длине трубы. Можно одновре­менно формировать на заготовке и внутренний профиль, в т.ч. многозаходную резьбу, для чего в трубу перед обработкой вставляют оправку соответствующей формы.

 

     5.2.4. Методы обработки наружных резьб головками

 

    Технологические особенности применения головок

 Головки имеют широкое распространение в машинострое­нии. Их разделяют на резьбонакатные и резьбонарезные. Для них характерен ряд общих технологических особенностей:

- автоматическое раскрытие гребенок или роликов и уско­ренный отвод головки из зоны обработки в конце рабочего хода для обеспечения и уменьшения основного времени;

- возможность осуществления обработки на универсальном станке, как правило, имеющимся на любом машиностроитель­ном предприятии, что освобождает от необходимости приобре­тения дорогостоящего специального оборудования;

- каждый тип головок имеет свою гамму из 4-6 инструмен­тов, применяемую для обработки резьб определенного размер­ного диапазона.

    Методы накатывания резьб головками

 Эти головки разделяют по применяемой подаче: осевые, радиальные и тангенциальные.

 Накатывание резьб универсальной осевой головкой представлено на рис. 5.13,а.

 Накатывание резьб с вытягиванием или проталкивани­ ем заготовки представлено на рис. 5.13,б.

 При этом заборную часть роликов обращают внутрь головки.

Способ обеспечивает накатывание на проход длинномер­ных резьбовых стяжек на универсальном токарном станке. При вытягивании заготовки требуется отрезка деформированной (от зажима) части конца. При толкающей подаче последнюю при­меняют только в начальный момент накатывания. После на­дежного закусывания роликов происходит самоподача инстру­мента (самозатягивание).

 

 

Рисунок 5.13 – Схемы накатывания резьб головками

 

Параллельно-последовательное накатывание резьб невращающейся осевой головкой (рис. 5.13,в) обеспечивает ав­томатическое накатывание пустотелых заготовок с внутренним шестигранником или пазами, используемыми в качестве эле­мента привода для вращения заготовки. В этом способе заложен принцип вращения заготовки, у которой масса на один-два порядка меньше массы инструмента. Производительность до 10...30 шт/мин. Диапазон обрабатываемых резьб – М16...М72 мм. Стойкость роликов 20...100 тыс. деталей.

 Непрерывное накатывание резьб осевой головкой с принудительно и синхронно вращающимися роликами представлено на рис. 5.13,г. При этом заготовкам сообщают осе­вую подачу.

  Ролики получают принудительное синхронное вращение от автономного приводного механизма. Для этого на осях головок помимо роликов предусмотрены шестерни, используемые для принудительного синхронного вращения трех роликов. Диапа­зон обработки диаметров – 5... 16 мм. Производительность для малых диаметров до 150 шт/мин.

Пакетное накатывание резьб на проход неподвижной осевой головкой с осевой подачей заготовок. Оно осуществля­ется при вращении и осевой подаче оправки с собранным пакетом заготовок (рис. 5.13,д). В конце рабочего хода оправка автоматиче­ски отключается от шпинделя сверлильного станка и выпадает с обработанными заготовками. Затем их снимают с оправки и на­бирают на нее следующий пакет заготовок. Количество заготовок в пакете доходит до 50 штук. Цикл обработки ≈ 10 с.

 Метод накатывания резьб головкой с осевой и ради­альной подачами роликов (рис. 5.13,е) рекомендуется для накаты­вания конических резьб больших диаметров, с углом конуса до 5^о 50' и значительной длины.

 Радиальное раздвижение роликов происходит при повороте эксцентричных осей роликов и центральной шестерни головки, поворачиваемой от специального копира в строгом согласова­нии с осевой подачей головки. Метод позволяет вести обработ­ку резьб узкими роликами. При этом уменьшаются силы нака­тывания и появляется возможность обработки длинных кониче­ских резьб на полых деталях. Диапазон диаметров резьб – 3...146 мм.

     Метод накатывания резьб тангенциальными головками

       Он представлен схемой на рис. 5.13,ж. Конструкцией голов­ки обычно обеспечивается синхронное вращение роликов. Его применяют на токарных многошпиндельных станках для одноустановочной обработки детали с точным взаимным располо­жением резьбы относительно другой поверхности и позволяет также вести обработку резьбы за буртом.

      Метод накатывания резьб радиальной головкой

       Он обеспечивает обработку заготовки двумя или тремя затылованными роликами (рис. 5.13,з) за один оборот вращения ро­ликов головки. Он целесообразен для обработки маложестких заготовок (при значительном их вылете), так как обеспечивает радиальную уравновешенность силовой системы.

 

     5.2.5. Методы нарезания наружных резьб головками

 

     Классификация этих головок представлена на рис. 5.14.

     Нарезание наружных резьб головками с круглыми гре­ бенками имеет наибольшее распространение благодаря приме­нению различного числа гребенок от 4 (рис. 5.15,а) до 8, а также возможности вышлифовки ниток на гребенках в шахматном по­рядке и придания осевого угла, эффективно отводящего струж­ку. Эти головки могут быть оснащены дополнительным инст­рументом – сверлом, зенковкой или зенкером.

 

 

Рисунок 5.14 – Классификация резьбонарезных головок

 

 

 

Рисунок 5.15 – Схемы нарезания наружных резьб головками

 

 

Нарезание наружных резьб головками с тангенциаль­ ными гребенками (рис. 5.15,6) отличается более широким диа­пазоном обрабатываемых резьб и большей точностью благодаря повышенной жёсткости головок. Для головок характерны меньшие габариты и повышенная надёжность при нарезании резьб малых диаметров 3...8 мм.

 Нарезание наружных резьб головками с призматиче­ скими гребенками (рис. 5.15,в) предназначено для нарезания резьб малых диаметров – 3...20 мм. Для головок характерна наиболее простая, компактная и дешёвая конструкция инстру­мента.

 Их широко применяют на одношпиндельных токарных прутковых автоматах.

 Нарезание наружных резьб головками с сегментными гребенками (рис. 5.15,г) характеризуется тем, что гребёнки вы­полнены в виде сегментов, вырезанных из одного кольца с внутренней резьбой. Область рационального применения этого метода еще не установлена

       Метод нарезания резьб вихревыми головками

 Он представлен схемой на рис. 5.15,д. Головка имеет накло­ненную ось и автономный привод вращения. Метод применяют для нарезания резьб диаметром 30...500 мм и крупными шагами от 2,5 до 100 мм. Число резцов в головке от 3 до 8. Материал инструмента – твердый сплав. Точность обработки – 6...8 сте­пень.

 

     5.2.6. Метод фрезерования резьб

 

     Универсальные способы фрезерования резьб дисковой и гребенчатой фрезой описаны в главе 1.

 Фрезерование резьб головкой с радиальной подачей круглых гребенок представлено схемой на рис. 5.16,а и обеспе­чивает производительную обработку резьбы, благодаря корот­кому рабочему ходу.

 Фрезерование резьб групповой фрезой (рис. 5.16,б) с ради­альной подачей за 1,25 оборота вращения заготовки – наиболее применяемый способ фрезерования. Он позволяет обрабатывать также конические резьбы. Обработку осуществляют на специ­альных резьбофрезерных станках патронного типа или в цен­трах.

 

Рисунок 5.16 – Схемы фрезерования резьб

 

5.2.7. Номинальные методы обработки наружных резьб

 

 К ним относят универсальные методы обработки резьб точением и шлифованием, а также ряд нижеуказанных специализированных методов.

 Метод нарезания круглой плашкой (рис. 5.17,а) приме­няют в условиях единичного и мелкосерийного производства. Плашки работают с реверсом инструмента, но возможна обра­ботка резьбы на проход. Круглыми плашками осуществляют нарезание резьб диаметром от 1 до 30 мм при шаге ≤ 2 мм, а также прогонку крупноразмерных резьб диаметром до 72 мм и шагом до 3 мм.

 

 

 

Рисунок 5.17 – Схемы номинальных методов обработки наружных резьб

 

 Метод накатывания резьб круглой бесстружечной плашкой выполняют инструментом с отрицательными перед­ними углами, обеспечивающими формирование резьбы дефор­мированием. Эти плашки работают с неблагоприятным трением скольжения, что ограничивает область их эффективного приме­нения малыми размерами - до 6 мм. По стоимости они ~ на 30% дороже режущих.

 Известна также разновидность этого метода накатывания в случае применения сборной бесстружечной плашки, осна­щённой тремя сегментами (рис. 5.17,б). Сегменты плашки име­ ют кольцевую резьбу, их вырезают из одного кольца и устанав­ливают в корпус с осевым смещением друг относительно друга на 1/3 шага резьбы Р.

 Метод нарезания резьб клуппом (рис. 5.17,в). Метод пред­назначен для нарезания резьб вручную в ремонтных целях на трубах диаметром от 1/2" до 3". Число плашек (гребенок) - 4 и 6. Инструмент регулируется по размеру и при необходимости позволяет вести обработку за несколько проходов.

 Метод электроискровой обработки резьб (рис. 5.17,г).

 Его применяют для материалов повышенной твердости и вязкости, которые невозможно обработать механической обра­боткой. Особенностью этого способа является трудность удале­ния продуктов эрозии, которая обусловлена сложностью резь­бового профиля и весьма малым зазором между заготовкой и электродом. Из-за этого применяют многопрофильный элек­трод, обеспечивающий надежное удаление из зоны обработки продуктов эрозии. Электрод представляет собой удлиненный цилиндр из латуни, стали или чугуна с кольцевой резьбой, ось вращения которого смещена относительно заготовки. Электрод вращается с большой скоростью и получает подачу врезания перпендикулярно к оси заготовки, вращающейся с малой скоро­стью.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Назовите доминирующие методы обработки наружных резьб для         единичного, серийного и массового производства.

2. Назовите основные параметры технологической характеристи­ки методов         обработки наружных резьб.

3. Назовите основные способы накатывания резьб 2-мя роликами.

4. Укажите характерные технологические особенности работы                 резьбообрабатывающих головок.

5. Назовите основные признаки разделения головок для нарезания наружных         резьб.

6. Назовите номинальные методы обработки наружных резьб.

 

 

5.3 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВНУТРЕННИХ РЕЗЬБ

5.3.1. Доминирующий метод обработки резьб метчиками

 

При изготовлении внутренней резьбы выделяют домини­рующий метод обработки метчиками с долей его применения порядка 90% при 10% приходящихся на долю прочих – номи­нальных методов.

Внутренняя резьба является поверхностью, используемой во всех классах деталей, но больше всего в классе крепежа в гайках.

Этот метод, занимает 3-е место в машиностроении по при­меняемости. Метчик – это уникальный, мерный, малогабарит­ный и недорогой резьбообрабатывающий инструмент.

 

 5.3.2. Типовые схемы обработки резьб метчиками

 

 При изготовлении внутренней резьбы применяют 4 типо­вые схемы обработки, как правило, с использованием трёх дви­жений - двух основных (скорости резания и подачи) и одного дополнительного.

В 3-х из указанных схем скорость резания обеспечивается вращением высокоточного сбалансированного метчика.

 По первой схеме, вращение и подачу придают точному мет­чику (рис. 5.18,а), при этом требуется также третье движение – реверса (вывинчивание) метчика из отверстия. Схема универ­сальна, так как позволяет обрабатывать как сквозные, так и глу­хие резьбовые отверстия. Она является самой применяемой и используется в сверлильных и агрегатных станках.

 По второй (обгонной) схеме обработки имеет место одно­направленность вращений заготовки и метчика с превышающей скоростью у последнего (рис. 5.18,б). После нарезания резьбы вращение метчика приостанавливают, при этом осуществляется дополнительное движение - свинчивание метчика с резьбы (ре­верс). Схему применяют в токарных многошпиндельных станках.

 

 

 

 

Рисунок 5.18 – Схемы обработки резьб метчиками

 

  По третьей схеме обработки (рис. 5.18,в) вращение придают прямому гаечному метчику, а подачу – малогабаритной заго­товке (гайке со сквозным отверстием).

  После нарезания резьбы на партии гаек, метчик вручную (или автоматически) вынимают из быстросменного патрона, гайки удаляют и метчик снова занимает исходное положение. Она применяется на универсальных одношпиндельных свер­лильных станках или на горизонтальных многошпиндельных полуавтоматах при нарезании резьб МЗ...МЗО при ручной или механической осевой подаче заготовки или инструмента.

 По четвёртой схеме обработки (рис. 5.18,г) оба основных движения придают заготовке, оставляя метчик (гаечный с изо­гнутым хвостовиком) неподвижным. Схема имеет малое при­менение, так как для её реализации необходимы высокие точно­стные требования к малогабаритной заготовке.

 

 5.3.3. Схемы резания при обработке резьбы метчиками

 

 Основная схема резания метчиками (рис. 5.19,а) заключа­ется в последовательном срезании стружки одинаковой толщины S_z и разной ширины во впадине резьбы, что обеспечивается не­полным профилем резьбы на заборной части метчика с углом φ. Величину S_z  определяют по формуле:

S_z = ,

где  h – высота резьбы, мм;

Z  – общее число зубьев на заборной части метчика.

Z определяют по формуле: Z = n ∙ z , где п – число ниток на заборной части метчика (п = 2...3 для машинных метчиков и  п = 6...8 для гаечных метчиков);

z – количество перьев метчика, z = 3...8.

В итоге общее число зубьев Z = 6...24.

Для машинных метчиков оптимальная величина

S = 0,02...0,05 мм по стали и S_z = 0,03...0,07 мм по чугуну.

Для гаечных метчиков (по стали) – S_z = 0,005...0,02 мм.

При необходимости уменьшения S_z (например, в случае нарезания резьбы с коротким сбегом) применяют комплект из двух – трёх машинно-ручных метчиков, имеющих различные углы φ: у 1-го – уменьшенный, у последнего – увеличенный.

 

 

 

Рисунок 5.19 – Схемы резания при обработке резьб

 

 

 Коническая схема резания (рис. 5.19,б) имеет место при применении метчика с полной высотой профиля зуба на его ко­нической заборной части. Она создаёт хорошие условия для са­мозатягивания и самоподачи инструмента, обеспечивая при этом получение качественной резьбы. Недостаток схемы – уменьшенная прочность режущих зубьев и стойкость метчиков.

 Схема вышлифовки ниток в шахматном порядке на метчиках. Она используется при работе по вязким сталям и представлена на рис. 5.19,в. Вышлифовка обеспечивает улучше­ние условий для охлаждения и смазки метчиков, а также для размещения стружки. При этом уменьшаются случаи защемле­ния метчика, повышается его стойкость. Как правило, вышлифовку ниток выполняют только на калибрующей части метчика, чтобы не допустить нежелательного увеличения S_z.

 При обработке очень вязких материалов вышлифовка до­пускается по всей длине резьбовой части (рис. 5.19,г). На этом рисунке представлен гаечный метчик с длинной заборной частью l _з.ч.= (8–12)Р, обеспечивающей малую величину S_z . Эти метчи­ки предназначены для обработки резьб на проход (без реверса) в сквозных отверстиях.

 5.3.4. Особенности стружкообразования при нарезании резьб метчиками

 

 При обработке метчиками возможно «пакетирование» стружки в его канавках, приводящее к поломке инструмента. Для устранения этого явления и для управления сходом струж­ки существует несколько технологических приёмов:

- придание метчику отрицательного угла наклона главной режущей кромки λ (рис. 5.20,а), обеспечивающего перемещение стружки вперед при сквозном или глубоком отверстии;

- применение метчиков с внутренним подводом СОЖ под вы­соким давлением (рис. 5.20,б), что создаёт благоприятные условия для отвода стружки и смазки с соответствующим уменьшением силы резания и повышением стойкости инструмента в    2…3 раза:

 

Рисунок 5.20 – Стружкообразование при нарезании резьбы

 

 

- применение метчиков со спиральными канавками, что позволяет эффективно удалять стружку в процессе нарезания резьб в глухих отверстиях при горизонтальном расположении шпинделя (рис. 5.20,в).

Специфические особенности процесса нарезания резьб метчиками в глухих отверстиях. Они заключаются в необхо­димости реверса (обратного вращения) метчика, приводящего к защемлению корней стружек затылочной частью зубьев метчи­ка и соответственно к выкрашиванию у него режущих кромок. На рис. 5.20,г показано сечение зубьев метчика и корней стру­жек, образовавшихся в отверстии на конечном этапе резания, а на рис. 5.20,д – на этапе вывинчивания. Чем больше толщина срезаемой стружки, тем больше выкрашивание и наоборот. По­этому глухую резьбу со сбегом ≤ 2Р считают нетехнологичной.

 

     5.3.5. Способы обработки резьб метчиками

 

 Стабильность нижеописанных способов обработки во мно­гом зависит от правильности выбора оптимальной конструкции, геометрии и технологии изготовления метчика, от соблюдения необходимых технических требований к заготовке (по размеру и соосности отверстия под резьбу), а также от применения ра­циональных режимов резания.

 Нарезание резьб машинными метчиками (рис. 5.18,а) применяют во всех типах производства, в широком диапазоне диаметров – 0,25...300 мм, для обработки сквозных и глухих отверстий.

 Многошпиндельная обработка резьб машинными метчиками с установкой заготовок в барабане и на поворотном столе (рис. 5.21,а,б). Эти высоко производительные способы применяют в массовом производстве. При этом число приме­няемых машинных метчиков равно 2...30, а рациональный диапазон диаметров – 5...36 мм.

 Нарезание резьб гаек гаечными метчиками с прямым хвостовиком (рис. 5.18,в). В этой схеме, благодаря небольшому расстоянию между осями метчиков, возможно применение вы­сокопроизводительного способа многошпиндельной обработки. При этом метчик имеет 5–10 переточек.

 Нарезание резьб гаек машинными метчиками на ро­торном автомате производительностью до 60 гаек/мин.

Нарезание резьб комплектом машинно-ручных мет­ чиков (рис. 5.21,в). Такие метчики изготовляют диаметром 3...52 мм и шагами до 4 мм. Комплект состоит из 2 или 3 мет­чиков с различной длиной заборной части. При 3-х метчиках 60...70% припуска срезают первым метчиком с удлиненной за­борной частью, 20...30% – вторым метчиком и 10% – третьим, который может иметь короткую заборную часть.

      Нарезание резьб на проход гаечными метчиками с изогнутым хвостовиком (рис. 5.21,г) широко применяют в спе­циализированном метизном производстве на двухшпиндельных автоматах при обработке гаек со сквозной резьбой диаметром 3...20 мм, производительностью 20...40 шт/мин, 6–7 степени точности; стойкость гаечных метчиков в 5–10 раз выше, чем машинных и может достигать 20 тыс. гаек.

      Нарезание резьб на проход гаечными метчиками с С- образным хвостовиком (рис. 5.21,д). Конструкция метчика по­зволяет расположить его в компактном и сбалансированном па­троне, благодаря чему гайки выходят с торца патрона при ско­рости резания до 70–100 м/мин. Автомат имеет один шпиндель. Способ малоприменяем.

 Обработка деформирующими машинными и гаечными метчиками (рис. 5.21,е,ж) применяется на вязких малопрочных материалах. Диапазон обработки – 3... 10 мм для резьб с мелкими крупным шагом и до 20 мм – для резьб с мелкими шагами. Метод позволяет получать резьбу без стружки, что важно при обработке глухих отверстий. Критерием оптимальности приме­нения этого метода обработки служит стойкость Т метчиков. Стойкость деформирующих метчиков в метрах пути (L, м), на малых диаметрах, превышает стойкость режущих в 5...10 раз (рис. 5.22).

 

 

 

Рисунок 5.21 – Схемы нарезания резьб метчиками

 

Рисунок 5.22 – Стойкость метчиков

 

 С увеличением размера резьбы до 10 (20 мм) эффект стой­кости резко снижается. Применение сборных деформирующих метчиков с износостойкой твердосплавной рабочей частью в диапазоне 33...42 мм существенно расширяет технологические возможности метода благодаря значительному повышению стойкости инструмента. Деформирующие метчики имеют кони­ческую заборную часть, поэтому они дороже в изготовлении в сравнении с режущими, т.к. шлифование резьбы на них осуще­ствляют малопроизводительными однониточными (а не много­ниточными) кругами. Отверстие под обработку резьбы дефор­мирующими метчиками необходимо подготавливать с большей точностью (обычно развертыванием). В целом метод имеет уз­кую область применения.

 При деформировании мелкоразмерных резьб выявлена воз­можность их обработки в малопластичных материалах с δ ≈ 4%, например, в ковком чугуне и алюминиевых сплавах типа Аl4.

Объяснить это можно минимальными перемещениями ме­талла в виду ограниченности пространства в отверстии.

 

5.3.6. Влияние исходных данных на выбор оптимальных способов обработки резьб метчиками

 

Исходные данные включают в себя: класс детали, вид от­верстия, количество отверстий в детали (n), диаметр резьбы, степень точности и тип производства. Для различных условий обработки рекомендуют свои оптимальные способы, опреде­ляемые, в большой мере, типом применяемого метчика - см. табл. 5.4.

 

Таблица 5.4 – Рекомендации по выбору типа метчика
Класс деталей и кол. отв. (n)	Вид отверстия	Диаметр резьбы, мм	Тип произ­водства	Рекомендуемый тип метчика	Степень точно­сти
Крепёж (гайка) n = 1	Сквозное	3–20	Сп	Гаечные*	5...8
		3–40	М, С	Прямые гаечные	4...7
				Машинные	2...7
	Глухое	5–70	Сп, М, С	Машинные
Прочие классы n = 1–100	Сквозное	0,2–300	М, С	Машинные
				Прямые гаечные	4...7
	Глухое			Машинные	2...7
			С, Е	Машинно-ручные	2...7

* - имеются ввиду гаечные метчики с изогнутым хвостовиком.

 

5.3.7. Технологическая характеристика методов изготовления внутренних резьб

 

Таблица 5.5 – Характеристика методов обработки резьб

5.3.8. Номинальные методы обработки внутренних резьб

 

 Доля каждого из них находится в пределах 1...3%. Их ис­пользуют, чаще всего, в случае невозможности или нецелесооб­разности применения режущих метчиков, например, при обра­ботке крупноразмерных резьб, повышенной твердости (≥ 35 НRС) или вязком материале (δ ≥ 20%) заготовки, необходимости полу­чения резьбы без стружки в глухих отверстиях, а также при по­вышенных требованиях к точности и шероховатости резьбы.

      Резьботочение (рис. 5.23,а) малопроизводительно, но отличается универсальностью и самым широким диапазоном диа­метров обработки – от 3 до 2000 мм, имеет возможность обработ­ки заготовок с твердостью до 60 НRС, а также резьб многозаходных и крупношаговых, в т.ч. с малым сбегом; точность обработки резьбы –  6–7 степень.

                  Нарезание резьб головками (самозакрывающимися метчиками). Эти инструменты оснащены 4...8 сменными гре­бенками, регулируемыми на размер. Они работают без реверса. Гребёнки выполняют призматическими или круглыми (рис. 5.23,б,в). Головки с призматическими гребёнками обеспе­чивают обработку резьб диаметром 32...300 мм. Головками с круглыми гребёнками обрабатывают резьбы диаметром 100...300 мм, гребёнки имеют большое число переточек – до 30.

 

Рисунок 5.23 – Схемы номинальных методов обработки

внутренних резьб

 

       Вихревое нарезание резьб (рис. 5.23,г). Оно характери­зуется прерывистостью резания. В качестве инструмента при­меняют вихревые головки, оснащенные 3–4 твердосплавными резьбовыми резцами. Для метода характерны черты, присущие как точению, так и фрезерованию. Вихревые головки наклоне­ны по отношению к оси заготовки под углом подъема резьбы и имеют автономный привод вращения. Метод применяют, начи­ная с 30 мм, в крупносерийном и массовом производстве.

 Резьбопротягивание (вращающимся метчиком-протяжкой) применяют для высокопроизводительной обработки сквозных резьбовых отверстий диаметром свыше 24 мм и круп­ными шагами Р ≥ 3 мм. Схемы обработки показаны на рис. 1.17,г,д).

 Фрезерование резьб применяют в диапазоне диамет­ров 5...200 мм на коротких резьбах. Известно несколько спосо­бов фрезерования.

 Фрезерование дисковой фрезой (рис. 5.23,д) с продольной подачей – наименее применяемый способ из-за его малой про­изводительности и низкой точности при работе в отверстии маложесткой оправки с консольно закрепленной фрезой.       Фрезерование групповой фрезой (рис. 5.23,е) при осевой подаче и радиальной подаче за 1,25 оборота вращения заготовки – наиболее применяемый способ. Он позволяет обрабатывать и конические резьбы. Обработку осуществляют на специальных резьбофрезерных станках патронного типа.

  Фрезерование гребенкой (рис. 5.23,ж) на станке с ЧПУ.

  Шлифование внутренних резьб выполняется однониточными и многониточными резьбо­выми кругами, предпочтительно эльборовыми (рис. 2.6,а,б,в), и обеспечивает обработку резьб диаметром 20...400 мм, точность – выше 2 степени, шероховатость R а = 0,4...0,1 мкм. Шлифование широко применяют при изготовлении точных резьбовых инструментов и калибров.

Накатывание роликовыми головками применяют при обработке вязких малопрочных материалов средних и больших диаметров - 50...200 мм (рис. 5.23,к). Стойкость инструмента: достигает 50000 отверстий при обработке цветных сплавов.

Выдавливание наружной резьбы в кольце роликовой головкой представлено на рис. 3.4,б.

Радиальное выдавливание наружной и внутренней резьбы двумя вращающимися роликами представлено на рис. 3.4,в.

     Выдавливание на резьбовой оправке роликом – сег­ ментом, двумя и тремя роликами (рис. 5.23,л,м,н) применяют для листоштампованных заготовок, диапазон диаметров – 3...200 мм. Это единственный метод, который позволяет сфор­мировать резьбу в заготовке, имеющей толщину стенки равную, а иногда и меньшую, чем высота обрабатываемой резьбы, на­пример, в цокольных гнездах электролампочек.

     Литьё под давлением. Метод применяют для изго­товления резьб в деталях из пластмасс.

Электроискровая обработка резьб. Метод пред­ставлен на рис. 5.23,о, он не имеет ограничений по твёрдости за­готовки. В ней диаметр электрода должен быть меньше диамет­ра обрабатываемой резьбы.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Назовите долю применения метода обработки резьб метчиками при изготовлении    внутренних резьб.

2. Укажите оптимальную величину толщины среза стружки при резьбонарезании    метчиками.

3. Назовите основные способы изготовления резьб метчиками.

4. Объясните преимущества и недостатки метода обработки резьб деформирующими    метчиками.

5. Порекомендуйте оптимальный метод изготовления внутренней резьбы  D = 16 мм и     сбегом равным 0,5 шага резьбы.

6. Перечислите номинальные методы обработки внутренних резьб.

5.4 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБЬЕВ

ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС

 

     5.4.1. Влияние исходных технологических данных на выбор оптимального сочетания методов зубообработки

 

 На производстве обработку цилиндрических зубьев выпол­няют за 1–5 операций, чаще всего, за 3–4 операции.

 Это зависит от заданных требований к зубьям в виде ис­ходных данных, включающих в себя: модуль, наличие термооб­работки (закалки), степень точности и программу выпуска. В табл. 5.6 приведены различные сочетания методов зубообработ­ки (от 1 до 5) с указанием доли их применяемости.

 

Таблица 5.6 – Применяемость методов обработки зубьев
Число методов	Методы обработки зубьев	Модуль      т, мм	Степень точности	Приме­няе-мость в %
1	Литьё и прессование (пластмасс)	m ≤ А	9–12	5
	Порошковая металлургия	m = 1..6	9–12
	Червячное фрезерование	m = 1...25	8–10
2	Червячное фрезерование или долбление, термообработка (т/о)	m = 1...14	8–10	15
	Холодное накатывание, т/о	m ≤ 2	7–9
	Т/о, шлифование или червяч­ное фрезерование твёрдым сплавом - по целому	m ≤ 3	4–7
3	Червячное фрезерование, шевингование, т/о	m =1...14	7–8	70
	Фрезерование дисковой или пальцевой модульной фрезой, долбление, т/о	m = 6...50	7–9
	Червячное фрезерование, т/о, шлифование	m ≤ 14	4–7
4	Червячное фрезерование, шевингование, т/о, зубохонингование	m = 3...8	6–8	8
	Горячее накатывание, червячное фрезерование, т/о, шлифование	m ≥ 4	4–7
5	Черновое и чистовое фрезе­рова-ние (или долбление), ше­вингова-ние, т/о, зубохонинго­вание	m ≥ 6	6–7	2

 

 Однооперационную обработку зубьев применяют только для малонагруженных и неответственных деталей (термообра­ботка для них отсутствует).

 Повышенные требования к прочности и точности зубьев, а также к производительности и себестоимости их обработки, приводят к увеличению числа операций.

5.4.2. Методы зубообработки в заготовительном производстве

 

К ним относят:

- методы обработки литьём и прессованием, используе­мые, в основном, при изготовлении пластмассовых деталей не­высокой точности;

- метод порошковой металлургии, успешно применяе­мый на малонагруженных шестернях автомобильных масляных насосов;

- метод горячего накатывания, применяемый для предва­рительной обработки крупномодульных зубьев с m ≥ 4 мм в ус­ловиях массового производства (рис. 5.24); при этом обеспечи­вается высокая стойкость накатного инструмента – 2...6 тыс. заготовок и существенная экономия металла – припуск под по­следующую механическую обработку оставляют 1...2 мм  на сторону.

 

Рисунок 5.24 – Схема накатывания зубьев

 

5.4.3. Методы чернового фрезерования зубьев