Раздел 6: Продвинутое нарезание резьбы на токарном станке — точные техники и расчёты

ЦЕЛИ

После изучения этого раздела вы сможете:

• Определить глубину входа резеца (infeed depth)
• Описать, как нарезать правильную резьбу
• Объяснить расчёт шага, глубины, малого диаметра, ширины гребня
• Описать установку правильных RPM
• Описать настройку коробки быстрых смен подач
• Описать установку верхней несущей
• Описать установку режущего резеца
• Объяснить обнуление барабанов верхней несущей и поперечной подачи
• Описать операцию нарезания резьбы
• Описать растачивание (reaming)
• Описать заточку резеца

Нарезание резьбы на токарном станке

Нарезание резьбы на токарном станке — процесс создания спиралевидной гребни постоянного профиля на заготовке. Выполняется последовательными резами резьбовым резцом того же профиля, что и требуемая резьба.

Практическое упражнение:

1. Для упражнения нужна круглая заготовка, преточенная до наружного диаметра резьбы.
2. Отрезным резцом или специально заточенным резцом сделайте андеркат (подточку) под резьбу = одинарная глубина резьбы + 0,005″.
3. Формула одинарной глубины для метрической/дюймовой резьбы (Unified):
   d = P × 0,750
   где d = одинарная глубина, P = шаг, n = число витков на дюйм (TPI).
   Infeed Depth = 0,75 / n

Расчёты резьбы

Для правильной резьбы сначала нужно расчёт размеров. Ниже диаграммы и формулы.

Пример: Рассчитайте шаг, глубину, малый диаметр, ширину гребня для резьбы ¾–10 NC.

• P = 1 / n = 1 / 10 = 0,100 дюйма
• Глубина = 0,7500 × P = 0,7500 × 0,100 = 0,0750 дюйма
• Малый диаметр = Большой диаметр − (d + d) = 0,750 − (0,075 + 0,075) = 0,600 дюйма
• Ширина гребня = P / 8 = (1/8) × (1/10) = 0,0125 дюйма

Процедура нарезания резьбы:

1. Установите скорость ≈ ¼ от скорости для точения.
2. Настройте коробку быстрых смен подач на нужный шаг (витки на дюйм).

3. Установите верхнюю несущую под 29° вправо для праворучной резьбы.

4. Установите резец 60° и выставите высоту на центр шпинделя.

5. Выставьте реzec перпендикулярно заготовке с помощью резьбовой шайбы (center gage).

6. Покройте зону резьбы разметным составом (layout fluid).

7. Подведите резец к детали и верхней несущей, и поперечной подачей. Обнулите микрометрические барабаны на обоих.

8. Отведите поперечную подачу (резец от детали), подвиньте каретку к концу детали и снова обнулите поперечную подачу.

9. Только барабаном верхней несущей введите резец на 0,001–0,002″.

10. Включите станок, включите половинную гайку (half nut).

11. Сделайте контрольный царапинный рез без ОСЖ. В конце реза отключите половинную гайку, остановите станок, отведите реzec поперечной подачей, верните каретку в стартовую позицию.

12. Шаблоном резьбы или линейкой проверьте шаг (витки на дюйм).

13. Вводите верхнюю несущую на 0,005–0,020″ за проход с ОСЖ. По мере приближения к финишному размеру уменьшайте глубину до 0,001–0,002″.
14. Повторяйте до выхода на 0,010″ от финишной глубины.

15. Проверьте размер резьбовым микрометром, резьбовым измерителем или трёхпроволочной методикой.

16. Сделайте фаску на конце резьбы для защиты от повреждений.

Растачивание (Reaming)

Растачивают (reamers) для доводки просверленных или расточенных отверстий до точного размера и хорошей чистоты. Растачивание делают после сверления/расточки с остатком 0,005–0,015″ на чистовик, так как растачил не предназначен для большого снятия.

Заготовка зажимается в патрон на шпинделе головки, растачил подпёркивается тыльстоком.

Скорость станка для машинного растачивания ≈ 1/2 от скорости сверления.

Растачивание ручным растачилом

Отверстие должно быть в пределах 0,005″ от чистового размера. Заготовка на шпинделе в патроне, шпиндель зафиксирован после точной наладки. Ручной растачил в регулируемом ключе, подпёрка тыльсточным центром. Вращая ключ вручную, одновременно подают растачил вращением volante тыльстока. Обильно ОСЖ.

Растачивание машинным растачилом

Отверстие должно быть просверлено/расточено в пределах 0,010″ от чистового размера — растачил снимает только следы резеца. Обильно ОСЖ.

Заточка токарного резеца (Grind a Lathe Tool bit)

Процедура:

1. Жёстко зафиксируйте резец, опирая руку на упор шлифмашины.
2. Держите резец под нужным углом для заточки фронтального режущего угла. Одновременно наклоните низ резеца к кругу и заточите 10° боковой задний угол (side relief) на режущем крае. Длина режущего края ~0,5 дюйма, ширина ~¼ ширины резеца.
3. При заточке двигайте реzec вперед-назад по кругу — ускоряет заточку и предотвращает выработку желоба в круге.
4. Часто охлаждайте резец, окуная в воду. Никогда не перегревайте резец.
5. Заточьте задний режущий угол так, чтобы он образовал угол чуть менее 90° с боковым режущим краем. Держите резец так, чтобы одновременно заточились задний режущий угол и задний угол носа 15°.
6. Проверьте задний угол носа, когда резец в держателе.
7. Верх резеца под ~45° к оси круга — заточите боковой передний угол (side rake) ~14°.
8. Заточьте лёгкий радиус на вершине режущего инструмента, сохраняя те же фронтальные и боковые задние углы.

Материалы режущих инструментов

Токарные резцы обычно делают из четырёх материалов:

1. Быстрорежущая сталь (HSS)
2. Литые сплавы (Cast alloys)
3. Твёрдые сплавы (Cemented Carbides)
4. Керамика (Ceramics)

Свойства у каждого разные, выбор зависит от материала заготовки и состояния станка.

Токарные резцы должны обладать:

1. Высокой твёрдостью
2. Износостойкостью
3. Устойчивостью к высоким температурам при резании
4. Ударной вязкостью (выдерживать удары при резании)

Номенклатура режущего инструмента

Инструменты на токарном станке — обычно одноосевые. Форма меняется под операции, но номенклатура общая.

Основные элементы:

1. Основание (Base): нижняя поверхность штанги резеца.
2. Режущий край (Cutting Edge): ведущий край резеца, выполняющий рез.
3. Передняя поверхность (Face): поверхность, о которую упёрся стружка при разделении.
4. Боковая поверхность (Flank): поверхность инструмента, смежная с режущим краем и лежащая под ним.
5. Нос (Nose): вершина режущего инструмента, образованная стыком режущего края и передней грани.
6. Радиус носа (Nose radius): радиус заточки носа. Размер радиуса влияет на чистоту. Для черновика — 1/16″. Для чистовика — 1/16–1/8″.
7. Вершина (Point): конец резеца, заточенный для резания.
8. Штанга (Shank): корпус резеца, часть, зажимаемая в держателе.
9. Углы и зазоры токарного резеца

Работа резеца зависит от заточенных зазорных и передних углов. Они варьируются для разных материалов, но номенклатура общая.

• Фронтальный режущий угол (Side cutting edge angle): угол между режущим краем и боковой гранью штанги. 10–20° в зависимости от материала. >30° → читер.
• Задний режущий угол (End cutting edge angle): угол между задним режущим краем и перпендикуляром к оси резеца. 5–30° в зависимости от типа реза и чистоты. Черновик: 5–15°. Общее назначение: 15–30°. Большой угол позволяет развернуть резец влево при лёгких резах у собачки/патрона или при точении к плечу.
• Боковой задний угол (Side Relief / Clearance angle): угол на боку под режущим краем. 6–10°. Даёт возможность резцу продвигаться в вращающуюся заготовку и предотвращает трение бока о заготовку.
• Задний угол носа (End Relief / Clearance angle): угол под носом резеца, позволяющий вводить реzec в заготовку. 10–15° для общего назначения. Измеряется с резцом в держателе. Для твёрдых материалов меньше — для опоры под режущим краем.
• Боковой передний угол (Side Rake Angle): угол, под которым передняя грань уходит от режущего края. ~14° для общего назначения. Даёт острее край и быстрое удаление стружки. Для мягких материалов увеличивают.
• Задний (верхний) передний угол (Back / Top Rake): задний наклон передней грани от носа. ~20°, обеспечивается держателем. Обеспечивает отток стружки от вершины резеца.

ТЕСТ ПО РАЗДЕЛУ

1. Какой шаг у резьбы ¼–20?
2. Под какой угол должен быть развернут верхнюю несущую для единой резьбы (Unified)?
3. Объясните, почему верхнюю несущую разворачивают под этим углом.
4. Какова глубина резьбы для UNF ½–20?
5. Как нарезать левую резьбу? (В тексте не описано — подумайте сами.)
6. Какой реzec используем для нарезания резьбы?
7. Опишите центральную шайбу (Center Gage).
8. Чем проверяют шаг резьбы (витки на дюйм)?
9. На первой и последней проходе — на сколько вводим верхнюю несущую?
10. Назовите четыре материала для изготовления резец.

Информация об источниках главы

Эта глава основана на следующих источниках:

• Токарный станок — из «Токарный станок» Массачусетского технологического института, CC:BY-NC-SA 4.0.
• Терминология режущего инструмента — из «Токарные резцы — формы режущих инструментов» Висконсинского технического колледжа, CC:BY-NC 4.0.
• Терминология режущего инструмента — из «Типы резец (токарные)» Университета Айдахо, CC:BY-SA 3.0.
• Центрировка — из [Документ по ручным токарным станкам]