Фрезерование резьбы — это процесс, используемый для обработки резьбы в отверстиях различных размеров, особенно больших диаметров. Он имеет некоторое сходство с нарезанием резьбы метчиком, но отличается тем, что диаметр резьбофрезы значительно меньше диаметра нарезаемого отверстия. В результате инструмент движется по круговой траектории вокруг окружности отверстия, формируя резьбу. В этой статье рассматривается, что такое фрезерование резьбы, как оно работает, его виды, преимущества и недостатки.
Обзор резьбофрезерования
Нарезание резьбы — это метод нарезания резьбы в заготовке с помощью инструмента, который поддерживает ограниченную площадь контакта с заготовкой. Для внутренней резьбы в отверстии диаметр резьбофрезы меньше диаметра отверстия. Она вращается с относительно высокой скоростью, двигаясь по круговой траектории вокруг окружности отверстия. Это отличается от нарезания резьбы метчиком, где диаметр метчика соответствует диаметру резьбового отверстия, и метчик контактирует с заготовкой по всей ее окружности в процессе работы.
Основная функция резьбофрезерования — нарезание резьбы в заготовке. Чаще всего оно используется для внутренней резьбы в отверстиях, но также может создавать и наружную резьбу на деталях. Резьбонарезные фрезы имеют фиксированный шаг (количество витков на дюйм или шаг резьбы), но при этом могут нарезать как левостороннюю, так и правостороннюю резьбу и работать с различными углами боковой поверхности резьбы.
Фрезерование резьбы в основном применяется для нарезания резьбы в труднообрабатываемых материалах. Для более мягких или обрабатываемых материалов обычно используется традиционное нарезание резьбы метчиком для нарезания резьбы в отверстиях. Фрезерование резьбы также предпочтительно для резьбовых отверстий большого диаметра или для нарезания резьбы до дна глухих отверстий — в ситуациях, когда нарезание резьбы метчиком имеет ограничения или нецелесообразно. Его гибкость также позволяет нарезать резьбу на внешних поверхностях деталей.
Как работает резьбофрезерование
Принцип работы резьбофрезерования основан на использовании зубчатой фрезы, которая перемещается с относительно большой скоростью. Шпиндель удерживает инструмент, который движется по круговой траектории в горизонтальной плоскости XY, продвигаясь с постоянной низкой скоростью вдоль вертикальной оси Z. Таким образом, каждый зуб фрезы формирует один профиль резьбы вдоль оси Z через отверстие за каждый оборот. Резьба часто может быть получена за один проход, хотя иногда ее нарезают за несколько (обычно два) вертикальных прохода.
Чем фрезерование резьбы отличается от других типов фрезерования
Разработано множество методов фрезерования, каждый из которых использует определенные резцы для удаления материала и придания формы заготовке. При нарезании резьбы используется профилированный режущий инструмент, отличающийся от других фрез. Некоторые операции фрезерования можно выполнять вручную, вращая маховики для перемещения резца, но для нарезания резьбы требуется станок с ЧПУ из-за скоординированного трехкоординатного движения инструмента. Инструмент вращается с постоянной скоростью, плавно перемещается вдоль оси Z (вертикальной) и одновременно следует по круговой траектории в плоскости XY (горизонтальной) для формирования резьбы. В отличие от этого, другие виды фрезерования часто включают вращение инструмента, при этом заготовка перемещается преимущественно в одном направлении, например, при торцевом фрезеровании.
Типы резьбовых фрез
Подобно тому, как отверстия в деталях сильно различаются, резьбофрезы выпускаются в различных конструкциях, подходящих для конкретных задач. Ниже приведены три основных типа:
Резьбонарезные фрезы с прямыми канавками
Эти инструменты имеют прямые канавки для отвода стружки между режущими зубьями. Канавки расположены параллельно оси инструмента (без угла наклона спирали). Это означает, что несколько последовательных зубьев одновременно зацепляются за заготовку, что приводит к относительно высокой степени контакта с материалом. Это ограничивает достижимые скорости и подачи, поэтому фрезы с прямыми канавками, как правило, лучше подходят для обработки более обрабатываемых материалов. Часто они являются наиболее подходящим выбором для универсальных применений.
Резьбонарезные фрезы со спиральными канавками
Резьбонарезные фрезы со спиральными канавками имеют несколько рядов зубьев, расположенных по окружности инструмента для облегчения удаления стружки. Однако канавки имеют спиральную форму, обычно под углом 15° или 30°. Такое спиральное расположение снижает давление со стороны резания за счет смещения зацепления зубьев с заготовкой. Они лучше всего подходят для высокоскоростного фрезерования.
Одноформовые резьбовые фрезы
Однорядные резьбофрезы имеют только один режущий зуб для формирования профиля резьбы, а также несколько канавок для отвода стружки. Некоторые варианты даже включают два ряда зубьев. Этот тип нарезает только одну резьбу за оборот, что приводит к более низкой скорости обработки. Однако преимуществом нарезания одной резьбы является то, что это требует значительно меньшего крутящего момента на инструменте и выделяет меньше тепла. Поэтому однорядные резьбофрезы лучше всего подходят для обработки труднообрабатываемых материалов и являются наиболее универсальным типом в целом.
Преимущества резьбофрезерования
Фрезерование резьбы имеет ряд преимуществ перед нарезанием резьбы метчиком, в том числе:
- Однорезьбовой фрезерный инструмент может нарезать как внутреннюю, так и наружную резьбу, левую и правую резьбу, а также резьбу различного диаметра.
- Поскольку резьбофреза не контактирует с заготовкой по всей окружности, степень зацепления с материалом значительно ниже. В результате для привода инструмента требуется меньшая мощность и крутящий момент.
- Благодаря уменьшенному зацеплению, резьбофрезерные инструменты изнашиваются значительно меньше, чем аналогичные метчики.
- Фрезерование резьбы хорошо подходит для обработки труднообрабатываемых материалов. В частности, для таких материалов можно использовать однопрофильные фрезы, чтобы минимизировать силы резания, тем самым уменьшая деформацию заготовки, вибрацию инструмента и риск поломки инструмента.
Недостатки резьбофрезерования
Фрезерование резьбы подходит не для всех применений. К его недостаткам относятся, например:
- В некоторых случаях основным недостатком фрезерования резьбы является то, что оно медленнее, чем нарезание резьбы метчиком. Если отверстие можно надежно и легко нарезать метчиком, то фрезерование резьбы займет больше времени для нарезания той же резьбы.
- По сравнению с нарезанием резьбы метчиком, фрезерование резьбы требует более сложного оборудования. Для фрезерования резьбы необходим станок с ЧПУ, без него этот процесс невозможен.
Как выбрать резьбофрезерную машину
На выбор резьбофрезы при производстве деталей влияют несколько факторов. Во-первых, это размер производственной партии. Для больших объемов скорость может быть критически важным фактором; для небольших партий скорость менее важна, и экономически эффективные резьбофрезы можно использовать даже при более низких подачах и скоростях.
Во-вторых, диаметр отверстия может определять, какой инструмент лучше подойдет: сменный или твердосплавный. В сменных инструментах используются съемные твердосплавные вставки, поэтому заменять нужно только небольшую режущую часть, а не весь инструмент. Для больших диаметров сменные инструменты обычно экономичнее, чем твердосплавные, которые необходимо полностью заменять при износе.
Третий фактор, который следует учитывать, — это глубина резьбового отверстия. Для очень глубоких отверстий обработка на однозубчатых резьбофрезах может занять много времени, поэтому следует рассмотреть возможность использования многозубчатых фрез. Наконец, материал заготовки влияет на оптимальный выбор материала подложки инструмента и покрытия.
Выбор подходящей резьбофрезы
Выбор подходящей резьбофрезы имеет решающее значение, поскольку напрямую влияет на экономическую эффективность производства каждой детали. Неправильный выбор инструмента обычно негативно сказывается на работе цеха двумя основными способами: либо чрезмерный износ инструмента приводит к частой замене, либо нарезание резьбы занимает больше времени, чем оптимально, снижая производительность. Неправильно подобранная резьбофреза также может привести к низкому качеству резьбы и, как следствие, к браку деталей.
Выбор резьбофрезы влияет на скорость, качество и экономическую эффективность. Время — деньги, и сокращение времени цикла всегда выгодно для операций механической обработки. Правильно подобранная резьбофреза позволяет оптимизировать время цикла при относительно высоких подачах и скоростях без преждевременного сокращения срока службы инструмента. Увеличение срока службы инструмента повышает общую экономическую эффективность. Инструмент следует выбирать в зависимости от резьбового отверстия и материала, чтобы избежать чрезмерного износа, обеспечивая при этом достаточно высокую скорость нарезания резьбы. Это также влияет на качество, поскольку накопление тепла во время нарезания резьбы может вызвать деформацию резьбы, а вибрация и попадание стружки могут ухудшить качество поверхности резьбы.
Процесс фрезерования резьбы
Первый шаг в резьбофрезеровании — это понимание задачи, обрабатываемого материала и геометрии отверстия, такой как глубина, диаметр и требуемые характеристики резьбы. Это определяет второй шаг — выбор наиболее подходящей резьбофрезы для данной задачи. Третий шаг включает программирование ЧПУ, которое требует расчета радиальной глубины резания, а также допустимых подач и скоростей. Для упрощения программирования рекомендуется использовать программное обеспечение CAD/CAM, разработанное специально для резьбофрезерования. После программирования лучше всего подготовить тестовый образец для проверки траектории инструмента, подач и скоростей без риска повреждения серийных деталей. После успешного тестирования можно начинать полномасштабное производство.
Советы по резьбофрезерованию
Для любой задачи фрезерования резьбы полезно иметь опыт в настройке оптимальной траектории движения инструмента на станке с ЧПУ. Вот несколько практических советов по фрезерованию резьбы:
- Внимательно следите за износом инструмента и качеством резьбы, чтобы вносить необходимые корректировки.
- По возможности используйте минимально возможную скорость резки.
- Обеспечьте достаточный поток и давление охлаждающей жидкости для поддержания безопасной температуры на режущей поверхности и для облегчения удаления стружки.
- Для минимизации риска вибрации во время фрезерования резьбы надежно закрепите заготовку.
- При обнаружении износа режущей кромки следует рассмотреть возможность корректировки способа ввода инструмента. Попутное фрезерование со дна отверстия или добавление дополнительных радиальных проходов могут помочь продлить срок службы инструмента.
Как Getzshape может помочь
Компания Getzshape предлагает продукцию высокого качества. индивидуальная обработка с ЧПУМы занимаемся изготовлением изделий из листового металла, электроэрозионной обработкой, литьем под давлением и многим другим. Используя современное оборудование и строгий контроль качества, мы гарантируем точность и своевременную доставку как прототипов, так и крупных производственных партий. В качестве вашего комплексного партнера по производству мы оптимизируем процессы закупки материалов, механической обработки, постобработки и логистики.
