Настройка токарно-винторезного станка на нарезание резьбы

Цель работы

Изучение способов настройки станка и приёмов нарезания резьбы резцом на токарно-винторезном станке (ТВС).

Материалы и оборудование

Цилиндрическая заготовка (низкоуглеродистая сталь марки Ст3), штангенциркуль, резьбовые резцы, резьбомер, токарно-винторезные станки типа 1А62, 1К62, 1616.

Основные положения

Резьбовые соединения в современном машиностроении играют одну из главных ролей для скрепления и фиксации узлов машин и приспособлений. Специальные резьбовые инструменты (лерки, метчики) используются для нарезания стандартных резьб и профилей небольших диаметров. Для нарезания нестандартных резьб и профилей больших размеров используют токарно-винторезные станки.

По шагу резьбы подразделяются на метрические, дюймовые, питчевые и модульные.

Шаг резьбы – это расстояние между соседними гребешками или впадинами одной и той же винтовой линии.

Шаг и основные параметры метрической резьбы измеряются в долях метра. Шаг дюймовой резьбы определяется количеством ниток на дюйм. У питчевой резьбы шаг измеряется в питчах (p''), что соответствует величине p''×π, мм. У модульной резьбы шаг измеряется модулем (m), что соответствует величине m''×π, мм.

По профилю различают следующие типы резьб: треугольные, в том числе метрические, у которых угол при вершине равен 60° (рис. 1, а), и дюймовые, у которых угол при вершине равен 55° (рис. 1, б); прямоугольные (рис. 1, в); трапецеидальные, или упорные (рис. 1, г, д) и круглые (рис. 1, е).

По числу заходов различают однозаходные и многозаходные резьбы, а по направлению захода винтовой линии – левые и правые.

Рис. 1. Различные по профилю типы резьбы

Для нарезания резьбы требуемого шага токарный станок настраивается таким образом, чтобы при повороте шпинделя с заготовкой на один оборот, резец переместился на шаг нарезаемой резьбы.

Рассмотрим кинематическую цепь передачи движения с оси шпинделя до резца (рис. 2). Связь начального и конечного движений кинематической цепи представляет собой баланс кинематической цепи (или, просто баланс). Уравнение баланса кинематической цепи имеет вид:

, (1)

где 1 об. шп. – один оборот шпинделя;

i_ТР – передаточное отношение трензеля (трензель – механизм изменения направления вращения вала подач, или реверса);

i_Г – передаточное отношение гитары сменных шестерён ( );

i_КП – передаточное отношение коробки подач;

t_хв – шаг ходового винта;

t_р – шаг резьбы.

Если принять передаточные отношения трензеля и коробки подач равными единице ( ; ), тогда формула (1) примет вид:

. (2)

Передаточное отношение гитары можно изменить используя набор сменных шестерён. Существуют следующие наборы сменных зубчатых колёс:

1. “чётный” набор, содержащий зубчатые колёса с числом зубьев, кратным двум: 20, 22, 24, …, 118, 120;

2. “пятковый” набор, содержащий зубчатые колёса с числом зубьев, кратным пяти: 20, 25, 30, …, 115, 120.

Для нарезания дюймовых резьб в каждом из наборов присутствует дополнительная шестерня со 127 зубьями.

Линейные перемещения суппорта при нарезании резьб осуществляются с помощью ходового винта, потому что винт не даёт проскальзывания и обеспечивает высокую точность перемещения резьбового резца. Хотя на станке присутствует ходовой валик, обеспечивающий такие же продольные перемещения, но цепь передачи движения с помощью ходового валика включает фрикционные муфты, которые не гарантируют точности перемещения резца. Передача движения от ходового винта к суппорту производится с помощью разъёмной маточной гайки, состоящей из двух половин (рис. 2).

Настройка гитары сменных шестерён

Преобразование передаточного отношения гитары в равное ему, но с числами, соответствующими числам зубьев колёс, производится с помощью следующих приёмов:

1) разложение числителя и знаменателя на простые кратные множители;

2) группировка произведения двух независимых дробей;

3) проверка полученных пар шестерен на сцепляемость зубьев.

Условия сцепляемости сменных колёс во избежание задевания промежуточными колёсами соседних валов:

a + b ³ c + 15 зубьев;

c + d ³ b + 15 зубьев;

Коэффициент 15 зубьев в неравенствах учитывает радиус посадочного места шестерни.

Распространённые в машиностроении токарно-винторезные станки средней мощности имеют шаг ходового винта, равный 12 мм.

Рис. 2. Кинематическая цепь ТВС при нарезании резьбы

Пример: Нарезать резьбу t_р = 6 мм, если t_хв = 12 мм.

Подобрать сменные зубчатые колёса гитары и проверить их на сцепляемость.

По формуле (2) находим передаточное отношение гитары колес:

.

Разложим числитель и знаменатель на простые сомножители:

.

Умножим сомножители числителя и знаменателя на одно и то же число:

.

Сгруппируем произведения двух независимых дробей:

.

Откуда имеем:

.

Значит, числа зубьев колёс ; ; ; .

Найденные числа зубьев колёс не должны повторяться, так как в наборе имеется только поодной шестерне с определённым числом зубьев!!!

Проверим, выполняются ли условия сцепляемости:

;

.

Первое условие не соблюдается.

Исправить это можно следующим образом:

Если переставить местами сомножители, то дробь не изменится.

Запишем следующим образом:

,

затем снова проверим выполнение условий сцепляемости:

;

;

;

.

Условия выполняются, значит, подбор произведён правильно.

Такая настройка ведётся на станках, у которых либо отсутствует коробка подач, либо она – простейшая (с ).

Современные станки имеют коробки подач с большой разрешающей способностью, что даёт возможность нарезать резьбу с шагом от десятых долей до нескольких миллиметров, при этом гитара сменных шестерён состоит всего из четырёх шестерён. Настройка на нарезание резьбы сводится к проверке последовательности сменных шестерён гитары и к установке рукояток коробки подач (КП) в определённое положение согласно настроечной таблице (табл. 1).

Пример использования таблицы:

Находим нужный шаг нарезаемой резьбы, например 3 мм. По настроечной таблице (находится на коробке подач станка) устанавливаем сменные шестерни A, B, C, D в необходимой последовательности. Определяем по таблице положение рукояток I, II, III, IV, соответствующее шагу нарезаемой резьбы t_р = 3 мм, и переключаем рукоятки КП в нужное положение. Станок настроен для нарезания резьбы.

Таблица 1

Настроечная таблица станка 1616

A	I	|	/	|	/	|	\	|	|	\	\
B	II	|	|	/	|	/	/	/	\	\	/
C	III	|	|	/	/	/	\	/	/	\	|
D	IV	|	/	\	\	/	|	|	\	/	|
tр, мм	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9	1.0
B	I	\	|	\	|	\	/	\	\	/	/
A	II	|	|	/	|	/	/	/	\	\	/
C	III	|	|	/	/	/	\	/	/	\	|
D	IV	|	/	\	\	/	|	|	\	/	|
tр, мм	1.5		2.5		3.5		4.5		5.5
A	I	|	/	|	/	|	\	|	|	\	\
B	II	|	|	/	|	/	/	/	\	\	/
D	III	/	/	\	\	\	|	\	\	|	/
C	IV	|	/	\	\	/	|	|	\	/	|
tр, мм	6.5		7.5		8.5		9.5

Приёмы нарезания треугольной резьбы

При нарезании резьбы происходит изменение внешних размеров резьбы (подъём резьбы) за счёт деформации и течения металла по направлению к свободному краю профиля. Поэтому номинальный наружный размер под резьбу следует несколько уменьшать, а внутренний – увеличивать в зависимости от пластических свойств материала и размеров профиля резьбы.

На выходе резьбы делается канавка 1 шириной до трёх шагов резьбы и глубиной немного больше высоты профиля (рис. 3) или предусматривается на такой же длине “сбег” резьбы.

Установка резца 3 должна производиться точно по высоте центров станка во избежание искажения профиля резьбы, а ориентирование его по отношению к заготовке делается по шаблону 2 (рис. 3). По этому же шаблону проверяется точность заточки профиля резца.

Резьба нарезается за несколько проходов, число которых зависит от размеров резьбы. Например, для резьбы с шагом 2-3 мм делается 7-10 проходов. Последние три прохода – чистовые, выполняются при уменьшающейся глубине врезания.

Рис. 3. Установка резца по шаблону

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с теорией нарезания резьб.

2. Выполнить расчет шестерен по варианту, заданному преподавателем.

3. С помощью учебного мастера произвести настройку гитары шестерен и станка для одного из расчётных заданий и изготовить резьбу.

4. С помощью учебного мастера ознакомиться с настройкой станка на изготовление разных видов резьб.

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Материалы и оборудование.

3. Краткие сведения о резьбах и настройке оборудования.

4. Расчет индивидуального задания.

5. Краткий вывод по результатам работы.