Нарязване на резба на стругови машини с ЦПУ

МашиниСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 3, 2013

Нарязване на резба на стругови машини с ЦПУНарязване на резба на стругови машини с ЦПУНарязване на резба на стругови машини с ЦПУНарязване на резба на стругови машини с ЦПУНарязване на резба на стругови машини с ЦПУ

Технологични особености и техники на програмиране

Основните функции и предназначение на резбата са да затяга (скрепителна); да свързва два детайла; да задвижва (двигателна) и да затваря съдове (уплътнителна). Различните й функции и предназначение предполагат и различни изисквания, съответно, и различни начини за нейното изработване. Сред често използваните методи са: чрез размерни инструменти (метчици, флашки), нарязване с нож, чрез пластична деформация, чрез шлифоване, чрез фрезоване, чрез обемна електроерозия и други.

Едно от предимствата на нарязването на резба с нож е достигането на 90% от теоретичната дълбочина на резбата, което е трудно достижимо с голяма част от другите методи. От своя страна, въвеждането на CNC системите позволява значително повишаване на производителността и качеството на резбите.

Независимо от съществуването на тридесет и девет основни форми на резба, над 80% от всички видове са триъгълни с ъгъл при върха 60° (V –тип). В статията ще бъде разгледано именно нарязването на такъв тип метрични резби.

Особености на процеса резбонарязване
Нарязването на резбата обикновено е последната операция на детайла и често влиза с малък процент в неговата себестойност (няма се предвид масовото производство на скрепителни елементи). Въпреки че нарязването на резба с нож изглежда лесна операция, нещата не са толкова прости колкото изглеждат, тъй като следва да се направи програма за операция, за която всички стандартни параметри са много ясно дефинирани. При реализацията на процеса обаче не винаги е така. Освен че реже, пластината за резба оформя профила на резбата. Дори малки ъглови отклонения при настройването на ножа за резба водят до грешки в окончателната форма на резбата, аналогично влияние оказва износването на пластината. Нарязването на резба същевременно е една от най-трудните операции, която се извършва на струг с ЦПУ.
Практически по-ясното разбиране на процеса нарязване на резба с нож на CNC стругове предполага по-информиран избор на технологията и програмирането. Нарязването на резба не е струговане, въпреки че и двете се извършват на струг с определено подаване за един оборот S (фиг. 1). Подаването при струговане се определя от фактори като грапавост, радиус на закръгление при върха на инструмента, материал на заготовката и пластината, силите на рязане и т. н. При нарязването на резба подаването е строго фиксирано – стъпката или ходът на резбата (при многоходови резби). Оборотите при струговане се определят от скоростта на рязане за съответните условия, аналогично за дълбочината на рязане. При нарязването на резба оборотите се определят в зависимост от скоростта на рязане за съответните условия, но и от стъпката на резбата, характеристиките на машината за подавателния превод и датчика за резба (синхронизация на въртене и подаване), класа на точност на резбата и т. н.

При струговане, ако е необходимо, всеки параметър на режима на рязане може да се променя независимо от другите. При нарязване на резба очевидно не е така. Резбонарязването е уникална операция със свои собствени правила. Поради особената форма на пластината за резба натоварването е много по- голямо, отколкото при пластината за струговане с всички последствия. Много по-нежен инструмент е “принуден” да работи с подавания равни на стъпката (хода) на резбата. Задният ъгъл на инструмента също трябва да бъде съобразен с ъгъла на подема на резбата – да бъде по-голям, което при по-големи стъпки може да създаде проблем (намалено сечение на инструмента и пластината).

Врязване на ножа
Използват се главно три начина за врязване на ножа: радиално (radial), тангенциално (по едната страна на навивката, flank) и зиг-заг (alternating flank) – фиг. 2. На същата фигура са показани и видовете стружки, формирани при различните методи на врязване. Има, разбира се, различни модификации (вариации) на посочените начини на врязване. При радиалното врязване едновременното участие на двата режещи ръба възпрепятства образуването на наклеп, но при по-големи стъпки силите на рязане се увеличават. Отделяната топлина се концентрира във върха на пластината – най-слабото място, което води до по-бързо износване. Формирането на стружката възпрепятства достигането на охладителната течност до върха на пластината, водещо отново до по-бързото и износване. Препоръчва се за резби със стъпки до 2 mm. При тангенциалното врязване има по-добро стружкообразуване, по-добро охлаждане на върха и по-добро разпределение на топлината. Последните няколко прехода (поне един) е необходимо да са с радиално врязване за по-добра повърхнина на навивките. При зиг-заг врязването трайността на пластината е най-голяма понеже двата режещи ръба се използват последователно. Стружкообразуването е подобно на това при тангенциалното врязване.

Както е известно, резбите са леви и десни, като дясната е стандартно използваната. При дясна резба болтът се навива с въртене по часовниковата стрелка (ПЧС), гледано откъм главата му и в обратна посока (ОЧС) за лява резба. И двата типа резби могат да бъдат изработени при различни посоки на въртене на вретеното със заготовката и, съответно, различни посоки на преместване на инструмента – към вретеното или в обратна посока. В табл. 1 са показани различните варианти за нарязване на външна и вътрешна, дясна и лява резби, а на фиг. 3 вариантите са представени графично. Посоката на въртене се определя гледано откъм задната страна на вретеното. При смяна на посоката на въртене са необходими съответните ножодържачи – леви или десни. Както се вижда от табл. 1 и фиг. 3, при смяна направлението на подаване се сменя видът на резбата – дясна или лява, при една и съща посока на въртене на вретеното. При варианти 2, 4, 6, 8 подаването е насочено от патронника към задното седло. При нарязване на външна резба (варианти 2 и 6) задният център поема аксиалната сила на рязане, но при нарязване на вътрешна резба (варианти 4 и 8) това не е възможно. Вариантите 4 и 8 при възможност е добре да се избягват.

Използвани резбонарезни пластини
В ножовете за нарязване на триъгълната резба се използват твърдосплавни пластини, които имат от един до три зъба (върха) – (фиг. 4). Когато се използва пластина с един зъб, тя може да бъде с пълен (фиг. 4 а) или с непълен (частичен) профил (фиг. 4 б). Пластината с пълен профил оформя (реже) външния и вътрешния диаметър на резбата и стените на отделните навивки. Операторът е улеснен – контролира само средния диаметър на резбата. За различни стъпки на резбата са необходими различни пластини.
При използване на пластина с непълен профил пластината реже вътрешния диаметър на резбата на винта, респективно външния диаметър на резбата на гайката и стените на отделните навивки. Тъй като външният диаметър на резбата на винта, респективно вътрешният диаметър на гайката, не се обработват от ножа за резба, настройването до първия годен детайл е по-бавно. Пластината притежава максимална гъвкавост – може да се използва за различни стъпки на резбата, в определен интервал. При пластините с един зъб силите на рязане са по-малки спрямо пластините с два или три зъба, но броят на преходите е по-голям. Очаква се с един и същи зъб да извърши грубите и чистите преходи, което предполага по-голямо износване на пластината. Когато се използват пластини с два (фиг. 4 в) или три зъба (фиг. 4 г), резбата се нарязва с по-малък брой преходи (по-висока производителност), но силите на рязане са по-големи, особено при трудно обработваеми материали. Последният зъб оформя окончателно профила на резбата. Тези пластини имат по-голяма трайност спрямо пластините с един зъб, но за различните стъпки са необходими различни пластини.

Качество на резбата
Контролирането на резбата се определя от предназначението и функциите, които определят необходимата сглобка и предполагат класа на точност. Най-елементарната проверка е навиването на гайката в болта или обратното.

Измерването на стъпката се извършва с резбомер или микрометър за резба. С микрометър за резба или обикновен микрометър и три стоманени нишки се измерва средният диаметър на резбата. При тежки динамични натоварвания това не е достатъчно. В лабораторни условия за по-прецизен контрол може да се използва оптичен микроскоп, с който може по-прецизно да се измери стъпката, ъгълът на профила на резбата, вътрешният диаметър. За външни резби това не е проблем, но за вътрешни е проблем. Радиусът на закръгление при върха на пластините (за външната и вътрешна резби) също трябва да се вземе предвид, за да се получи работната височина на профила на резбата и съответната сглобка. Добре е контролът на резбата в цеха да се извърши преди снемането на детайла от CNC машината, тъй като поправянето на резбата при повторно базиране и закрепване на детайла в общия случай е затруднено. В последните години редица производители на CNC системи имат режим "THREAD REPAIR" (Поправка на резбата), при който също се губи време за центроване на пластината в канала.

Използвани команди за програмиране на процеса
Програмирането на нарязване на резба, както е известно, се извършва с командите: G32 (G33 или G34) – единичен резбонарезен цикъл, G92 – фиксиран цикъл и G76 – много проходен цикъл. При използване на G32 (G33, G34) може да се влияе върху всички параметри на процеса, при G92 върху дълбочината на рязане, а при G76 – дълбочината на първия преход, когато G76 се записва в едно изречение и e само с тангенциално врязване. Наличието на параметъра Р(1ё4) в G76 дава възможност за четири вида врязвания. Записването на G76 в две изречения дава възможност за повече вариации:
(1) G76 P022060 Q40 R50
(2) G76 X (U)….Z (W)…R…P…Q…F2.
В първия ред на G76:
P – Шест цифри в три двойки. Първите две – брой на преходите за чиста обработка, вторите две – големината на фаската в края на всеки преход (F x 10), последният чифт – ъгъла на профила на резбата (0, 29, 55, 60, 80);
Q – Минимална дълбочина на рязане;
R – Фиксирана стойност на прибавката за чиста обработка.
Във втория ред на G76:
X (U)….Z (W)…. и F…. - общоприето в G76: адреси за вътрешен (външен) диаметър, дължина и стъпка (ход) на резбата;
R – Конусност, R = 0 за цилиндрична резба;
P – Височина на резбата;
Q – Дълбочина на рязане за първия преход.

Определянето на дълбочината на рязане за първия преход зависи от характеристиките на обработваемия материал и материала на твърдосплавната пластина, стъпката на резбата, изискванията за точност и др. Добре е да се вземат предвид препоръките на производителя на режещите пластини, но дори и там често се препоръчва методът проба-грешка. Не трябва да се подценява и собствената база данни и опит. Броят на отделните преходи (няма общоприета формула) зависи от стъпката на резбата и други фактори (част от тях споменати) и е от 4 x 5 до 20 x 25. В началото на резбата е добре конструктивно да се предвиди фаска, което облекчава врязването на пластината. Всеки от вариантите (начин на врязване, брой преходи, използвани инструменти и команди) дава различни резултати и внимателно трябва да се прецени подходящият вариант за всеки конкретен случай (включително с метода проба-грешка).

Статията е разработена със съдействието на доц. д-р инж. Гено Хаджикосев, ТУ София

Източник на илюстративния материал: Sandvik Coromant

Новият брой 8/2017

брой 8-2017

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО

Top