Способы шлифования резьб

В машиностроении резьбошлифование применяют в основном для обработки деталей, имеющих винтовую резьбу, к которой предъявляются повышенные требо­вания к точности профиля, качеству поверхности, из­носостойкости. К таким деталям относят: ходовые винты металлорежущих станков, подъемных и зажимных уст­ройств; микрометрические винты в приборах; резь­бовые калибры; резьбообразующие инструменты (мет­чики, накатные ролики, резьбовые фрезы, ролики резьбо­нарезных головок). Шлифованием можно обрабатывать все виды резьб различных форм профиля витков: тре­угольные, трапецеидальные, упорные, резьбы ходовых винтов и гаек винтовых пар качения, широко распрост­раненных в станках с ЧПУ.

На резьбошлифовальных станках возможна обра­ботка винтовых резьб и кольцевых канавок с заданным шагом. По мере внедрения современных резьбошлифо­вальных станков, отличающихся повышенной жест­костью, наличием устройств автоматической правки и компенсации износа круга, высокой скоростью шлифо­вания (до 80 м/с), применением специальных электро — корундовых, эльборных, алмазных кругов и СОЖ, а также способов подвода СОЖ ( в частности, при­менением высоких, до 2,0 МПа давлений). Все большее распространение находит шлифование резьбы «по — целому» (абразивное резьбонарезание), которое вы­тесняет методы нарезания резьбы резцами, фрезе­рованием, резьбонарезными головками.

Резьбы шлифуют по способу копирования кругами, заправленными по профилю нормального сечения резьбы. Применяют две схемы шлифования: одно­

ниточными (рис. 3.2, а) и многониточными (рис. 3.2,6,в) кругами. При однониточном шлифовании круг уста­навливают под углом подъема резьбы ф. Кругу сооб­щают вращение со скоростью резания, а заготовке — винтовое движение, которое складывается из ее враще­ния вокруг своей оси и поступательного перемещения вдоль оси (продольной подачи). Различают скоростное и глубинное шлифование резьбы. При скоростном шлифовании обработку ведут с большой окружной ско­ростью заготовки (3—8 м/мин) и малой глубиной шли­фования (0,02—0,05 мм/дв. ход). При глубинном шли­фовании применяют малую окружную скорость заго­товки (0,2—0,8 м/мин) и увеличенную глубину шлифо­вания. По глубинной схеме шлифуют резьбы с шагом Р<С1,5 мм, по скоростной — с шагом Р~^ 1,5 мм. На малых и средних резьбошлифовальных станках при работе однониточным кругом точность шлифования резьбы по шагу на длине 25 мм составляет 0,0025 мм;

Рнс. 3.2. Схемы шлифования резьбы: а — однониточным кругом; б, в — многониточными кругами соответственно спо­собом врезания с осевой подачей

на длине 100 мм — 0,004 мм; точность по среднему диаметру ±0,0025 мм при <2г= 104-40 мм; по половине угла профиля ±3′.

Однониточными кругами шлифуют боковые стороны профиля и дно впадины между ними. Кроме того, много­ниточными кругами, имеющими кольцевые нитки, шли­фуют и вершины зубьев. Шлифование коротких резьб многониточными кругами выполняют с поперечной по­дачей— врезанием (рис. 3.2,6), а длинных резьб с осе­вой подачей (рис. 3.2. в). Оси крута и заготовки при шлифовании резьбы многониточными кругами вреза­нием устанавливают параллельно. Такое расположение осей приводит к пересечению направления ниток резьбы на круге и изделии, что вызывает разбивание шлифу­емого профиля резьбы. Поэтому многониточными кру­гами нельзя шлифовать по схеме врезания точные резьбы с большим углом подъема. При многониточном врезном шлифовании коротких резьб вначале произ­водят поперечную подачу до врезания на полную глу­бину профиля, а затем осевую подачу на один шаг. Таким образом, резьбу шлифуют за Iі/2—Iі/з оборота заго­товки. Резьбы с шагом Pd 1,5 мм шлифуют за один проход с последующим выхаживанием, а при Р ^ 1,5 мм за несколько проходов с периодической поперечной по­дачей. Ширина многониточного круга при такой схеме шлифования должна быть на два-три шага больше длины нарезаемой резьбы.

Шлифование многониточными кругами длинных резьб выполняют с осевой подачей. Круг устанавливают под углом подъема резьбы. На круге формируют заборную часть. ҐІрофиль резьбы на круге заправляют на конус таким образом, чтобы первые нитки прорезали резьбу начерно, следующие нитки производили получистовое, а последние чистовое шлифование.

Различают следующие способы формирования забор­ной части многониточного круга: 1) срезанием по кони­ческой поверхности вершин первых ниток резьбы, имбкшцсх полный профиль (рис. 3.3, а); 2) профилиро — ванием/’йри котором вершины кольцевых ниток одина­ковой формы (рис. 3.3, б) и разной формы (рис. 3.3, в) располагаются на конусе.

Первый способ реализуется наиболее просто. Его не­достатком является образование больших площадок на вершинах заборных ниток. Кроме того, все заборные нитки участвуют в формировании профиля резьбы, что ведет к снижению его точности. Второй способ (рис. 3.3, б)

Рнс. 3.3. Форма профиля многониточного круга: а — заборная часть в виде конуса со срезанными вершинами; б — конуса с полными вершинами; в — с равным распределением объемов при­пуска, снимаемого каждой заборной ииткой

позволяет получить острые вершины на заборной части круга, но параметр вершин, участвующих в работе, а сле­довательно, и площадь среза возрастает на последних нит­ках. Это приводит к повышенному изнашиванию профи­лирующих ниток. Третий способ (рис. 3.3, в) позволяет формировать нитки заборного конуса таким образом, чтобы каждой ниткой обрабатывалась одинаковая пло­щадь в осевом сечении резьбы. Этого достигают выполне­нием ниток заборного конуса с различными углами про­филя. Угол профиля ниток постепенно уменьшают. Вер­шины первых ниток изготавливают с радиусом в 1,5— 2 раза большими калибрующих ниток. Все заборные нитки имеют малые площадки при вершине резьбы и снимают одинаковые объемы материала. В связи с этим значи­тельно улучшаются условия шлифования, обеспечи­ваются равномерное незначительное изнашивание заборных и калибрующих ниток круга и высокое ка­чество обработанных изделий.

Установка многониточного круга под углом подъема резьбы приводит к смещению витков по высоте относи­тельно горизонтальной плоскости, проходящей через ось изделия (детали). Круг следует устанавливать так, чтобы в осевой плоскости детали лежали калибрующие витки. Тогда первые витки вследствие разворота круга окажутся несколько ниже оси детали и на боль­шем расстоянии от нее, что уменьшит припуск, срезаемый первыми витками. Это следует учитывать при определе­нии перепада между нитками на заборной части круга. При работе многониточным кругом точность шлифо­вания меньше, чем при работе однониточным. Отклоне­ние по шагу резьб с шагом 1,0 мм на длине 25 мм

составляет 0,008 мм; на длине 100 мм — 0,012 мм. Откло­нение по среднему диаметру резьб составляет ±0,01 мм; по половине угла профиля — ±6′. Шлифование много­ниточными кругами более производительно, чем одно­ниточными. Для высокопроизводительного шлифования длинных резьб целесообразно многониточными кругами вести предварительное, а однониточными окончательное шлифование резьбы.

Резьбы на коротких деталях в условиях массового производства шлифуют по схеме бесцентрового шлифо­вания. Обработку ведут многониточным абразивным кругом с кольцевыми витками. Применяют две схемы обработки: напроход и врезанием (рис. 3.4). При обеих схемах заготовку укладывают на нож, расположенный под углом подъема ф к оси шлифующего круга. Веду­щий круг устанавливают под углом 2 ф к оси шлифу­ющего круга (рис. 3.4, о). Окружную скорость ведущего круга vB к раскладывают на две составляющих, одна из которых vT, вызывает вращение заготовки, а другая Vo. з создает перемещение заготовки вдоль оси. Для полу­чения цилиндрической резьбы высоту ножа регулируют таким образом, чтобы точка скрещивания оси заготовки и шлифовального круга находилась примерно по­середине ширины круга.

По схеме, изображенной на рис. 3.4, а, можно шли­фовать резьбу способом сквозного шлифования (на­проход) на гладких заготовках, не имеющих буртиков. Для шлифования резьбы на заготовках с буртиком при-

меняют способ врезного бесцентрового шлифования (рис. 3.4, б). Врезание осуществляется поперечной

подачей ведущего круга. Для автоматизации погрузки и выгрузки деталей ведущему кругу можно придать форму по рис. 3.4, б. Скорость вращения ведущего круга принимают равной 2—6 м/мин. При шлифовании профиля резьбы метчиков (обычно при диаметре резьбы свыше М10) шлифовальному кругу наряду с винтовым движением относительно детали придают движение затылования. Оно состоит в радиальном перемещении круга относительно заготовки в направлении к центру заготовки. Количество затылующих движений на один оборот метчика равно числу перьев. Поперечное сече­ние метчика без затылования, с затылованием на 3/4 ширины пера, с затылованным профилем резьбы «до остра» показано на рис. 3.5. Затылование или спад затылка измеряют в радиальном направлении и задают либо на ширину пера, либо на центральный угол между перьями. Затылование создает задний угол профиля резьбы. Величину затылования К (спад затылка) на центральном угле между перьями рассчитывают в за­висимости от диаметра резьбы d, заднего угла аь и числа перьев метчика г:

K=—ga. b.

Задний угол на боковых сторонах профиля аы меньше заднего угла а* на вершине и во впадине резьбы и за­висит от половины угла сс/2 профиля резьбы: tgaw = = tg ab sin a/2.

Резьбу метчиков с прямолинейной стружечной ка­навкой можно шлифовать с одновременным затылова­нием одно — и многониточными цилиндрическими кру­гами. Однониточными кругами шлифуют одновременно

Рис. 3.5. Профили поперечного сечения метчика: а — без затылопаиия; б — затылованным на 3 / а ширины пера; в — затылованный «до остра»

боковые стороны и дно впадины и затем наружный диаметр резьбы. Многониточными кругами весь профиль резьбы шлифуют одновременно. Затылование метчиков со спиральными стружечными канавками нельзя вы­полнить многониточными цилиндрическими кругами. Профиль таких метчиков можно шлифовать одно­ниточным кругом или специальным коническим (рис. 3.6) кругом с кольцевыми витками. Угол конусности профиля

резьбы круга: tgp.=■*-‘■- —, где р, — угол наклона обра-

Qs

зующей конуса круга; К — величина затылования; as — ширина пера в нормальном сечении; to — угол наклона стружечной канавки.

Для нарезания мелких резьб (с шагом менее 0,8 мм) и резьб в вязких материалах применяют метчики с шахматной резьбой. Такая резьба имеет вырезанные в шахматном порядке зубья от пера к перу или от витка к витку. Уменьшение числа зубьев уменьшает площадь трения при нарезании резьбы метчиком, улучшает условия для размещения стружки, пре­дотвращает заклинивание и поломку метчика.

Наиболее удобно шлифовать шахматную резьбу на метчиках с нечетным числом перьев (например, трех­перых), имеющих на станках механизм затылования. Для вырезания зубьев однониточным кругом от пера к перу гитару деления механизма затылования настра­ивают так, чтобы на один оборот кулачка затылования метчик поворачивался на 2/z оборота (z — число перьев метчика). Для вырезания зубьев от витка к витку шпиндель изделия должен повернуться на два оборота за один оборот кулачка. В обоих случаях одна поло­вина кулачка обеспечивает образование полной, а вто­рая заглубленной впадины между зубьями. При четном числе перьев метчика шахматная нарезка резьбы приводит к периодическому повторению подряд двух сре­занных или полных витков. Поэтому на одном из перьев зубья не срезают, а на трех остальных чередуют в шах­матном порядке.

В мягких легкодеформируемых материалах с относи­тельным удлинением не менее 8 % и пределом прочности Ов^бОО МПа для образования резьбы используют метод резьбовыда вливания метчиками-раскатниками. Резьбовыдавливающие метчики при обработке деталей из цветных металлов и сплавов (меди, бронзы, де­формируемой латуни, алюминиевых, магниевых, цин­ковых сплавов) обладают в несколько раз большей стойкостью, чем режущие. Метчик-раскатник (бескана — вочный метчик) представляет собой стержень с наре­занной резьбой и состоит из заборной и калибрующей частей. В поперечном сечении раскатник имеет форму овального многогранника со скругленными вершинами. Резьбу раскатника шлифуют на станках, имеющих меха­низм затылования. Затылование осуществляют с по­мощью специальных кулачков. Применяют кулачки двух типов: в виде эксцентрика или специальные архимедовы кулачки. При использовании эксцентрика диаметр рабочей поверхности кулачка принимают равным 70 мм, а эксцен­триситет — равным 1 мм. Такие кулачки обеспечивают возможность шлифования раскатников диаметром до 40 мм. Специальный кулачок для затылования по архиме­довой спирали имеет симметричный профиль правой и ле­вой сторон. Для обеспечения заданного поперечного сече­ния раскатника половина профиля кулачка состоит из кру­гового цилиндрического участка для профилирования грани раскатника; рабочего участка, выполненного по архимедовой спирали; участка нерабочего профиля ку­лачка, выполненного по дуге окружности. Гитару деле­ния настраивают так, чтобы на один оборот кулачка раскатник поворачивался на угол, равный углу между гранями.

Первоначально раскатник шлифуют по наружной цилиндрической поверхности калибрующей части и конической поверхности заборной части кругами пря­мого профиля. Затем шлифуют резьбу однониточным или многониточным кругом. При шлифовании одно­ниточным кругом станок настраивают на одновре­менное шлифование цилиндрической резьбы на калиб­рующей части и полнопрофильной конической резьбы на заборной части. Этого достигают применением спе­циальной копирной линейки, по которой производят перемещение стола с закрепленной на нем бабкой изде­лия относительно шлифовальной бабки станка.