Освоение резьбофрезерования:экспертные методы и лучшие практики нарезания резьбы на станках с ЧПУ

Что такое резьбофрезерование?

Мы начнем с технического введения в фрезерование резьбы. Это тип фрезерной операции, при которой на заготовке создается внутренняя или внешняя резьба с помощью резьбофрезы. При резьбофрезеровании инструмент вращается (это процесс фрезерования) и движется по винтовой траектории.

Фрезерование резьбы с ЧПУ — это высокоточный процесс, поскольку режущий инструмент движется согласованно с осями станка с использованием передовых методов интерполяции. Нарезание резьбы на станке с ЧПУ предлагает пользователю широкие возможности управления и универсальности, а также является более безопасной альтернативой другим операциям нарезания резьбы.

Ключевые параметры резьбофрезерования

Нарезание резьбы — это сложный процесс фрезерования с несколькими основными параметрами. Эти параметры относятся к процессу резания, а также к синхронному движению инструмента и заготовки.

В следующих разделах описаны важные параметры резьбофрезерования.

Шаг резьбы

Шаг резьбы, пожалуй, является наиболее определяющим параметром для операций нарезания резьбы. Каждый дизайн резьбы имеет определенную резьбу, определяющую расстояние между соседними резьбами.

Режущий инструмент должен двигаться в соответствии с определением шага резьбы, чтобы нарезать правильный шаг резьбы. Обычно это влияет на траекторию инструмента и планирование винтового движения на этапе программирования CAM.

Скорость шпинделя

Скорость шпинделя определяет, насколько быстро инструмент вращается вокруг своей оси. Общепринятой единицей измерения скорости шпинделя является количество оборотов в минуту (об/мин). Станочники выбирают скорость шпинделя в зависимости от материала заготовки, диаметра инструмента и срока службы инструмента.

Как правило, для нарезания резьбы с ЧПУ предпочтительны более высокие скорости, чтобы максимизировать производительность и качество поверхности. Однако чрезмерно высокие скорости также приводят к нагреву и, как следствие, к неточностям размеров.

Обрезка подачи

Подача резания, измеряемая в мм/об, мм/мин или мм/зуб, определяет, как резьбофреза движется по своей траектории. Более высокие скорости подачи при резании дают более быстрые результаты, но ухудшают качество поверхности и точность, которые являются основными факторами для большинства резьбовых деталей. Эти правила аналогичны любому процессу фрезерования, например прорезанию пазов.

Резьба с высокой шероховатостью или плохой обработкой может застрять, потребовать чрезмерного усилия и испортить деталь.

Как правило, общепринятым отраслевым стандартом является подача в диапазоне 0,05–0,15 мм/зуб.

Глубина резания

Глубина резания определяет, насколько глубоко инструмент врезается в поверхность заготовки. Меньшая глубина резания подходит для труднообрабатываемых металлов, но для достижения правильной глубины резьбы требуется больше проходов.

Напротив, инженеры-технологи предпочитают однопроходную резку для мелкой резьбы и легкообрабатываемых материалов. В этом случае радиальная глубина резания эквивалентна глубине резьбы.

Резьбофрезерование и другие операции нарезания резьбы

Фрезерование резьбы – не единственный вид обработки резьбы. В распоряжении машинистов имеется целый ряд методов нарезания резьбы. Однако у каждого процесса есть свои плюсы и минусы.

Давайте кратко рассмотрим, чем нарезание резьбы на станках с ЧПУ отличается от традиционных методов нарезания резьбы.

Резьбофрезерование или нарезание резьбы

Нарезание резьбы — это метод нарезания резьбы, при котором резец (метчик) входит в отверстие/над валом, как сверло, нарезая по пути резьбу.

Основное различие между этими двумя методами заключается в том, что резьбофрезерование позволяет нарезать резьбу различного диаметра и шага, тогда как метчиковая фреза ограничена определенным диаметром и шагом. Метчики также известны плохой эвакуацией стружки и случайными поломками.

Однако нарезание резьбы остается популярным выбором в механических цехах из-за его более высокой скорости и более низкой стоимости, что является выгодной сделкой за его меньшую точность размеров.

Резьбофрезерование или точение резьбы

Основное отличие здесь простое. Точение резьбы выполняется на токарном станке, а резьбофрезерование - на фрезерном станке.

Точение резьбы больше подходит для цилиндрических деталей большого диаметра и требований к концентричности. С другой стороны, резьбофрезерование более универсально с точки зрения траекторий и обработки сложных геометрических форм.

Резьбофрезерование или накатывание резьбы

Накатка резьбы — это процесс формовки, который не требует резки материала, например фрезерования.
Накатка резьбы предполагает помещение заготовки между ковочными штампами с нарезкой резьбы на их поверхности. Они формируют резьбу на поверхности заготовки, применяя температуру и давление. Как правило, благодаря процессу холодной ковки получается более прочная и гладкая резьба.

Однако резьбонакатывание требует специализированного и дорогостоящего оборудования и не так универсально, как резьбофрезерование, с точки зрения геометрии и контроля резьбы.

Типы резьбофрез

Фрезерование резьбы — это универсальный процесс, в распоряжении инженеров-технологов и техников имеется ряд фрез. В следующих разделах описаны основные типы инструментов для нарезания резьбы с ЧПУ.

Прямая флейта

Резьбофрезы с прямыми канавками имеют режущие кромки, параллельные оси инструмента. Такая конфигурация делает их жесткими и идеальными для использования с мягкими материалами и низкоскоростными операциями нарезания резьбы. Как правило, их жесткость делает их устойчивыми к прогибам и поломкам.

Однако из-за отсутствия угла спирали эвакуация стружки при использовании фрез с прямыми канавками может быть затруднена. Поэтому их использование ограничивается мелкой резьбой.

Винтовая флейта

Фрезы со спиральными канавками, как следует из названия, имеют угол спирали на режущих кромках, что придает им характерную спиралевидную форму. Угол спирали помогает управлять нагрузкой и отводить стружку, что делает их пригодными для обработки труднообрабатываемых материалов.

Фрезы со спиральной канавкой лучше подходят для агрессивных режимов резания, поддерживают высокие скорости и подачи без таких проблем, как вибрация и вибрация.

Один профиль

Однопрофильные фрезы, а также одноточечные фрезы имеют только один ряд зубьев на конце своей длины. Эта конструктивная особенность делает их очень универсальными, поскольку машинисты получают отдельный контроль над каждой нитью.

Эти резьбофрезы предпочтительнее для нарезания резьбы по индивидуальному заказу, например, для резьбы с переменным шагом.

Однако их недостатком является то, что для завершения нарезания резьбы требуется большое количество проходов, поскольку у них только одна режущая кромка. Поэтому они не являются популярным выбором для стандартной резьбы.

Внутренние/внешние ступени

Резьба может быть внутренней, например, внутри отверстий, или внешней, например, у болтов или шпилек. Для обоих этих типов резьбы существуют специализированные резьбофрезы.

Например, при внутренних операциях нарезания резьбы на станках с ЧПУ инструмент не может занимать много места, поскольку он находится внутри отверстия; таким образом, фрезы для внутренней резьбы имеют конструкцию типа расточной оправки с небольшой выступающей режущей кромкой.

Фрезы для наружной резьбы больше похожи на концевые фрезы с обычными канавками, геометрией инструмента и резьбой.

Преимущества и ограничения резьбофрезерования

Фрезерование резьбы — не единственная операция механической обработки, позволяющая нарезать резьбу на заготовках. Имея альтернативные варианты, инженеры могут позволить себе роскошь выбрать лучший процесс нарезания резьбы для своего приложения.

Преимущества резьбофрезерования

• Гибкость :Фрезерование резьбы с ЧПУ достаточно универсально. Однозаходная фреза может нарезать резьбу различных типов, размеров и шагов.
• Лучший контроль :Фрезерование резьбы дает механикам лучший контроль над такими проблемами, как нарезание резьбы в глухих отверстиях, труднообрабатываемые материалы и поломка инструмента.
• Качество :Нарезание резьбы на станке с ЧПУ обычно позволяет получить гладкую резьбу без заусенцев по сравнению с другими методами нарезания резьбы. В основном это связано с точным контролем на уровне ЧПУ и качеством резьбофрез.
• Улучшенная эвакуация стружки :Оптимальные программы эвакуации стружки и высокая точность перемещения обеспечивают более эффективное и безопасное удаление стружки при нарезании резьбы на станках с ЧПУ.

Недостатки резьбофрезерования

• Зависимость от ЧПУ :Фрезерование резьбы невозможно выполнить на ручном фрезерном станке с высокой точностью. Поэтому в прецизионных приложениях операторам приходится полагаться на станок с ЧПУ для изготовления резьбы.
• Стоимость инструмента :Резьбонарезные фрезы имеют особые геометрические особенности, что делает их более дорогими, чем обычные фрезы.
• Требования к высокой скорости :Для нарезания резьбы на станках с ЧПУ требуются высокоскоростные станки, которые не всегда имеются в наличии в каждой механической мастерской.

Рекомендации по резьбофрезерованию на станках с ЧПУ

Эксперты в области механической обработки следуют ряду передовых методов при планировании операции резьбофрезерования с ЧПУ. Следующие пункты суммируют эти рекомендации:

• Винтовая интерполяция :Спиральные траектории — это основной метод программирования операций резьбофрезерования на станках с ЧПУ. Для операций нарезания резьбы лучше всего использовать стандартные коды, такие как G32/G33.
• Фаска/предварительно просверленное начальное отверстие :Эксперты рекомендуют перед началом фрезерования резьбы использовать фаски или предварительно просверленные отверстия. Эти функции направляют резьбонарезную фрезу в правильное положение, снижают нагрузки при резке и обеспечивают плавный вход в рез.
• Попутное фрезерование :Попутное фрезерование предпочтительнее для нарезания резьбы на станках с ЧПУ, поскольку оно обеспечивает гладкую поверхность. При обычном фрезеровании фреза трется о поверхность резьбы и имеет меньший срок службы из-за нагрева и трения.
• Многопроходная резка :Обработка всей резьбы за один проход (одна глубина резания) может привести к получению шероховатой поверхности и высоким силам резания. Несколько радиальных проходов могут значительно улучшить качество резьбы.
• Маленький диаметр фрезы :Диаметр фрезы влияет на траекторию инструмента. Небольшой фрезе требуется траектория резания большего диаметра, позволяющая ее центру проходить очень близко к поверхности резьбы. Это снижает вероятность ошибок в профиле резьбы.
• Оптимизировать траекторию инструмента :Функции траектории инструмента, такие как методы входа/выхода и интерполяции, могут быть оптимизированы в программном обеспечении CAM, что приводит к уменьшению вибраций, отказов фрезы и проблем с качеством.
• Стратегия охлаждающей жидкости :Применение СОЖ влияет на качество обработанной поверхности. Некоторые материалы, такие как нержавеющая сталь, используются для эффективной смазки в зоне резания, но в некоторых случаях сухая обработка предпочтительна, чтобы избежать термического удара на границе раздела резания.

Общие применения резьбофрезерования

Резьбофрезерование с ЧПУ — универсальный процесс в любом механическом цехе. Поскольку большинство механических компонентов являются частью более крупных сборок, часто встречаются резьбовые элементы.

Вот список некоторых распространенных промышленных применений резьбофрезерования:

• Блоки автомобильных двигателей :Болты являются основным выбором для сборки различных блоков двигателя. Более того, большинство датчиков, например датчиков температуры, также имеют резьбу для установки.
• Медицинские :В костных винтах и зубных имплантатах обычно используются прецизионные резьбофрезерные детали, обеспечивающие жесткое и удобное крепление.
• Корпуса:Многокомпонентные корпуса имеют мелкую резьбу для размещения крепежных винтов. Например, корпуса для электронных устройств и корпуса смартфонов.
• Кронштейны и корпуса для аэрокосмической отрасли :Панели, корпуса авионики и кронштейны в аэрокосмической промышленности часто соединяются с помощью резьбовых компонентов, изготовленных с помощью сверхточных операций фрезерования резьбы с ЧПУ.

WayKen предоставляет услуги высокоточного фрезерования металлов и пластмасс на станках с ЧПУ, поддерживая как прототипирование, так и мелкосерийное производство. Оснащенная современными обрабатывающими центрами с 3–5 осями, команда обрабатывает сложные геометрические детали, мелкие детали и жесткие допуски с постоянной точностью. От аэрокосмических и автомобильных компонентов до медицинских приборов и электронных корпусов — операции фрезерования с ЧПУ оптимизированы с точки зрения эффективности, качества поверхности и надежности, обеспечивая соответствие деталей строгим требованиям различных отраслей промышленности.

В завершение обсуждения резьбофрезерования отметим, что нарезание резьбы на станке с ЧПУ является одним из основных методов обработки для изготовления механической резьбы. Они обладают рядом преимуществ, таких как высокая жесткость, точность размеров и универсальность в отношении различных типов резьбы.