Нарезка резьбы с ЧПУ:руководство по скорости и подаче с диаграммами, формулами и калькулятором — метрическая и британская системы мер

Нарезание резьбы как метод обработки резьбы в основном основано на использовании метчика. Этот процесс аналогичен традиционным методам, при этом ключевым моментом является обеспечение того, чтобы при входе и выходе метчика он вращался один раз и продвигался на один шаг в направлении подачи. Нарезание резьбы использует метчик для обработки резьбы в заготовке; Этот процесс представляет собой разновидность формообрабатывающей обработки, характеризующуюся высокой жесткостью. Основная технология заключается во вращении и подаче метчика — процессе, который точно контролируется фрезерными станками с ЧПУ, что гарантирует эффективное и высококачественное производство. Но как рассчитать скорость нарезания резьбы и подачу? Здесь мы поможем вам досконально разобраться в этих понятиях, не только объяснив их определения и формулы расчета, но также предоставив общие справочные таблицы и инструменты расчета, которые помогут вам определить конкретные данные!

Что такое скорость и подача нарезания резьбы с ЧПУ?

Скорость нарезания резьбы и подача являются ключевыми параметрами обработки, которые контролируют движение метчика и напрямую влияют на эффективность обработки и качество резьбы.

Скорость нарезания резьбы (скорость шпинделя/об/мин)

Скорость резания — это линейная скорость метчика при его вращении, обычно измеряемая в метрах в минуту (м/мин). Различные материалы и процессы предъявляют четкие требования к скорости резки, например:

• Сталь: 6–15 м/мин (закаленная сталь или твердая сталь:5–10 м/мин)
• Нержавеющая сталь: 2–7 м/мин
• Чугун: 8–10 м/мин
• Высокоскоростное постукивание: 100–150 м/мин (для резьб малого диаметра)

Нарезание скорости подачи

Скорость подачи относится к скорости осевого перемещения метчика, которая должна соответствовать скорости резания для обеспечения синхронизированной подачи. Циклы жесткого нарезания резьбы используют систему ЧПУ для синхронизации вращения и подачи шпинделя, обеспечивая точный шаг резьбы. Если машина не может точно подобрать шаг метчика, это может привести к ошибкам в резьбе или повреждению метчика.

Факторы, влияющие на подачу и скорость нарезания резьбы

• Твердость материала: Чем выше твердость, тем ниже должна быть скорость резания, чтобы предотвратить быстрый износ метчика.
• Размер отверстия: Маленькие отверстия (например, <30 мм) подходят для высокоскоростного нарезания резьбы, но необходимо контролировать скорость и подачу, чтобы избежать вибрации.
• Смазка: Использование смазочных материалов, таких как масло или эмульсии, может продлить срок службы крана и повысить эффективность.

Почему скорость и подача важны при нарезании резьбы на станках с ЧПУ?

При нарезании резьбы решающее значение имеет правильное соответствие скорости и подачи. Скорость шпинделя (об/мин) и скорость подачи определяют, будет ли процесс резания плавным, что напрямую влияет на точность резьбы, качество поверхности и срок службы метчика. Если скорость слишком высока или подача не синхронизирована, это может легко привести к поломке метчика, ошибкам резьбы или запутыванию стружки. Когда подача и скорость шпинделя синхронизированы, это обеспечивает равномерную и точную резьбу и эффективно предотвращает такие проблемы, как образование гребней резьбы. Следовательно, только правильно установив скорость нарезания резьбы и подачу, вы сможете повысить эффективность обработки, продлить срок службы инструмента и гарантировать качество конечного продукта.

Как рассчитать скорость нарезания резьбы и подачу?

1. Формула расчета скорости нарезания резьбы с ЧПУ (скорость поверхности в об/мин и SFM)

Скорость шпинделя для нарезания резьбы рассчитывается на основе рекомендованной скорости резания (SFM или м/мин) для материала и диаметра метчика:

• Формула метрической скорости нарезания резьбы:  Об/мин =(В × 1000) / (π × D)
  V =скорость поверхности в м/мин
  D =большой диаметр резьбы в мм.
• Формула императорской скорости постукивания:  Об/мин =(SFM × 3,82) / D
  SFM =скорость поверхности в футах/мин.
  D =большой диаметр резьбы в дюймах
  3,82 ≈ 12 / π

В реальных условиях скорость резания Vc следует выбирать в зависимости от материала, твердости и характеристик инструмента. Как правило, более твердые материалы требуют более низкой скорости резания, чтобы обеспечить долговечность инструмента и качество обработки.

2. Формула расчета скорости подачи нарезания резьбы с ЧПУ (IPM и мм/мин, нарезание резьбы синхронно с шагом)

Скорость подачи при нарезании резьбы рассчитывается как произведение количества витков на оборот (шаг) и скорости шпинделя.

• Метрика (мм):  Скорость подачи (мм/мин) =Шаг (мм) × об/мин
  (Шаг =расстояние между резьбами в мм)
• Империалы (дюймы):  Скорость подачи (IPM) =об/мин ÷ TPI
  (TPI =количество ниток на дюйм)

На практике подачу на оборот (FPR) следует выбирать в соответствии со спецификациями резьбы, шагом инструмента и точностью обработки. Как правило, для более крупной резьбы требуется большая подача на оборот для повышения эффективности, а для более тонкой резьбы требуется меньшая подача на оборот для обеспечения точности.

Калькулятор скоростей и подач нарезания резьбы с ЧПУ (метрическая/британская система мер)

Основываясь на приведенных выше формулах и ключевых факторах, влияющих на нарезание резьбы на станках с ЧПУ, мы разработали калькулятор скоростей и подач нарезания резьбы для удобного расчета параметров в рутинных проектах.

Калькулятор скоростей и подач нарезания резьбы с ЧПУ

виджет

Входные данные

Шаг (расстояние/резьба)

мм

Целевая скорость на поверхности

м/мин

Коэффициент запаса прочности (подача)

0,70–1,00

Жесткое нарезание резьбы (синхронная подача)

СОЖ/СОЖ

Подача =шаг × об/мин (или об/мин ÷ TPI). Используйте коэффициент безопасности ниже 1,0, если не используется жесткая резьба или клейкие материалы.

Результаты

Об/мин =(В × 1000) / (π × D) [метрическая система] • Об/мин =(SFM × 3,82) / D [британская система]. Подача =шаг × об/мин (или об/мин ÷ число оборотов на дюйм).

Таблица скоростей и подач нарезания резьбы из быстрорежущей стали/твердого сплава (алюминий/сталь)

Чтобы помочь читателям лучше понять и применить описанные выше методы, в этой статье для справки представлена таблица скоростей нарезания резьбы. В таблице приведены рекомендуемые скорости резания и диапазоны оборотов в минуту для различных материалов, твердости и диаметров метчиков. На практике вы можете использовать данные таблицы для выбора подходящей скорости резания и числа оборотов при нарезании резьбы. В таблице также приведены общие характеристики резьбы и соответствующие диапазоны подачи на оборот.

Выбор скорости метчика (единица измерения:об/мин) и подачи (единица измерения:мм/об) должен учитывать твердость материала, тип метчика и спецификацию резьбы. Приведенная ниже таблица основана на фактических отраслевых данных за 2024 год и подходит для нарезания резьбы в сквозных отверстиях из обычных металлов (для глухих отверстий уменьшите скорость на 15–20%).

Примечание:

• Под «быстрорежущей сталью (HSS)» подразумеваются стандартные метчики из быстрорежущей стали; твердосплавные метчики требуют системы охлаждения.
• Для размеров резьбы более M12 уменьшите скорость на 20–30 % и увеличьте подачу на 10–15 %.
• Расчеты скорости нарезания резьбы и подачи, а также выбор параметров должны быть скорректированы и оптимизированы в соответствии с реальной ситуацией. Для особых форм или размеров могут потребоваться специальные инструменты и параметры; для массового производства могут потребоваться более эффективные схемы. Всегда анализируйте и судите в соответствии с реальными условиями.

Методы регулировки скорости нарезания резьбы и подачи для конкретных проектов

Шаги начальной настройки параметров

• Шаг 1: Определите материал и твердость и выберите диапазон базовых параметров из «Таблицы скоростей и подач нарезания резьбы». Например, для резьбы М8 из стали 45# (HRC20) базовый диапазон оборотов составляет 400–1200 об/мин, подача – 0,35–0,6 мм/об.
• Шаг 2. Сужение диапазона в зависимости от типа крана. Для метчиков из быстрорежущей стали установите скорость 400–600 об/мин, подачу 0,35–0,5 мм/об; для твердосплавных метчиков установите скорость 800–1200 об/мин, подачу 0,4–0,6 мм/об.
• Шаг 3. Адаптируйтесь к условиям работы. Для глухих отверстий уменьшите скорость на 15 % (например, скорость метчика из быстрорежущей стали становится 340–510 об/мин), оставьте подачу неизменной. Если жесткость станка недостаточна, уменьшите скорость еще на 10 % (306–459 об/мин), чтобы предотвратить вибрацию и сохранить точность резьбы.

Советы по пробной резке и проверке

• Совет 1. Для первого пробного разреза используйте нижний предел диапазона параметров. Например, для алюминиевой резьбы М6 начните со скорости 1200 об/мин и подачи 0,3 мм/об и наблюдайте за посторонним шумом, дымом и т. д.
• Совет 2. После пробной резки проверьте качество резьбы с помощью калибра годности/непроходимости. Если нить проходит и не имеет заусенцев, постепенно увеличивайте скорость (каждый раз на 10–15 %), пока эффективность и качество не будут сбалансированы.
• Совет 3. Запишите оптимальные параметры. Для различных материалов, спецификаций и типов метчиков создайте специальный архив параметров. Практика на заводе автозапчастей 2024 года показала, что после архивирования частота замены кранов снизилась на 30%, а процент квалификации вырос до 99,2%.

Скорость и подача жесткого нарезания резьбы

Для повышения эффективности и точности резьбы иногда применяют технологию жесткого нарезания резьбы. Жесткое нарезание резьбы синхронизирует вращение шпинделя и подачу по оси Z, обеспечивая строгое соотношение между ними. Во время жесткого нарезания резьбы отслеживайте отклонение положения шпинделя и мгновенные ошибки синхронизации, а также корректируйте параметры управления, такие как усиление контура и постоянные времени ускорения/замедления, по мере необходимости, чтобы обеспечить качество.

Что такое жесткое нарезание резьбы?

Жесткое нарезание резьбы, также называемое «нарезание резьбы с синхронной подачей», синхронизирует вращение шпинделя и подачу в соответствии с конкретными требованиями к шагу резьбы. Поскольку подача синхронная, не следует использовать держатели метчиков растяжения-сжатия. Основным преимуществом жесткого нарезания резьбы является точный контроль глубины глухих отверстий. Используйте держатели метчиков с соответствующей компенсацией, чтобы обеспечить длительный срок службы метчика и точный контроль глубины.

Регулировка жесткой синхронной подачи и скорости нарезания резьбы:
Во время нарезания резьбы убедитесь, что подача соответствует скорости шпинделя, чтобы подача и вращение шпинделя идеально соответствовали шагу резьбы. Это не только точно контролирует глубину резьбы, но также обеспечивает постоянство размеров и позволяет избежать выступов.

Освоение формул и настроек параметров скорости нарезания резьбы и подачи имеет решающее значение для улучшения качества резьбы. На практике гибко настраивайте в соответствии с конкретными условиями и потребностями для достижения наилучших результатов.

Распространенные проблемы и решения, связанные с настройкой скорости и подачи нарезания резьбы с ЧПУ

Кран изнашивается слишком быстро

• Причина 1: Слишком высокая скорость, в результате чего температура резки превышает предел нагрева метчика. Например, нарезание резьбы M6 из нержавеющей стали 304 со скоростью более 900 об/мин метчиками из быстрорежущей стали приведет к значительному износу через 10 минут. Снизьте скорость до 300–500 об/мин.
• Причина 2: Подача слишком низкая, поэтому кран трет, а не режет. Например, нарезание резьбы M8 в стали Q235 с подачей менее 0,4 мм/об увеличивает износ нижней кромки. Отрегулируйте подачу до 0,4–0,6 мм/об.

Точность резьбы не на должном уровне

• Причина 1: Колебания подачи, вызывающие ошибки шага. Например, для алюминиевой резьбы М6 6061, если подача внезапно упадет с 0,4 до 0,3 мм/об, диаметр шага резьбы будет изменен. Проверьте систему подачи, чтобы обеспечить стабильную скорость подачи.
• Причина 2: Слишком низкая скорость, что приводит к чрезмерной силе резания и деформации метчика. Например, при резьбе M12 из стали 45# при скорости вращения менее 400 об/мин метчики из быстрорежущей стали могут погнуться. Увеличьте скорость до 400–600 об/мин и залейте охлаждающую жидкость.

Поломка крана

• Причина 1: Слишком высокая скорость и слишком большая подача, в результате чего режущая нагрузка превышает усилие при резьбе. Например, в нержавеющей стали 304 M8 при 600 об/мин и подаче 0,5 мм/об твердосплавные метчики могут сломаться. Уменьшите скорость до 400–600 об/мин, подачу до 0,3–0,5 мм/об.
• Причина 2: Нарезание резьбы в глухом отверстии без контроля глубины, в результате чего метчик сталкивается с дном отверстия. В программировании устанавливайте пределы глубины. Для глухого отверстия М8 глубиной 15 мм установите глубину подачи 13 мм (оставьте запас 2 мм).