способ резьбофрезерования с накатыванием

Формула изобретения

Способ резьбофрезерования с накатыванием, осуществляемый головкой, содержащей хвостовик, корпус, крышку и оси, установленные на подшипниках, при котором заготовке сообщают вращательное движение, а головке - осевую подачу, отличающийся тем, что предварительное формирование резьбы осуществляют мелкозубыми дисковыми резьбовыми фрезами, жестко закрепленными на осях, а окончательное профилирование резьбы производят свободно вращающимися резьбонакатными роликами, имеющими заборную и калибрующую части, при этом принудительное вращение фрез осуществляют через паз в хвостовике от индивидуального привода, который сообщает вращающий момент на центральный двойной блок-шестерню, расположенный на подшипниках в хвостовике и кинематически связанный с шестернями, жестко закрепленными на осях.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии машиностроения к обработке металлов резанием и давлением, в частности к комбинированным способам изготовления и формообразования наружных резьб фрезерованием и пластическим деформированием - накатыванием.

Известен способ формообразования резьбы, реализуемый с помощью режуще-резьбонакатной головки, в корпусе которой установлены на осях кинематически связанные между собой накатные ролики, резцедержатель с резцами и механизм разведения резцов, причем головка снабжена установленным в корпусе кольцом с пазом на внутренней поверхности, в котором размещен с возможностью поворота резцедержатель, и подпружиненным фиксатором с упором, установленным в резцедержатель с возможностью взаимодействия с пазом кольца [1].

Поскольку накатные ролики имеют возможность свободного вращения на осях, между заготовкой и роликами имеет место трение качения, что обеспечивает более высокую стойкость накатных роликов.

Однако известный способ имеет существенный недостаток, выраженный в том, что не обеспечивает требуемую различную скорость главного движения для резцов и накатных роликов, что ведет к снижению стойкости инструмента, качества накатанной резьбы и производительности обработки. Кроме того, способ и головка предназначены только для изготовления мелких наружных резьб, потому что профилирование резьбы осуществляется только накатыванием.

Известен способ образования наружных резьб головкой, содержащей установленные в корпусе резьбонарезающие элементы с зубьями на рабочей части и расположенные между резьбонарезающими элементами обкатывающие элементы с зубьями на заборной и калибрующих частях [2]. При этом зубья обкатывающих элементов в сечении их цилиндром по среднему диаметру резьбы выполнены бочкообразными с меньшим по сравнению с зубьями резьбонарезающих элементов средним диаметром. Кроме того, зубья обкатывающих элементов в пределах заборной части выполнены с большим внутренним диаметром по сравнению с зубьями резьбонарезающих элементов, причем обкатывающие и резьбонарезающие элементы выполнены с двумя диаметрально расположенными рабочими частями.

Недостатком известного способа и головки является низкая стойкость обкатывающих элементов, так как между обкатывающими элементами и заготовкой имеет место трение скольжения и значительные крутящие моменты.

Другим существенным недостатком являются нерациональные режимы формообразования резьбы, выраженные в том, что скорость главного движения (вращения заготовки или резьбонакатной головки) нарезания резьбы должна быть существенно (в 2 и более раз) выше скорости главного движения накатывания резьбы. В известном способе скорость главного движения одинакова для резьбонарезающих и обкатывающих элементов, что приводит к снижению стойкости инструмента и производительности обработки.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей изготовления крупных наружных резьб с осевой подачей путем обеспечения возможности резьбофрезерной и деформирующей обработки с рациональными режимами, позволяющей снизить себестоимость изготовления резьбовой поверхности, повысить качество и производительность процесса одновременного последовательного фрезерования и накатывания резьбы и стойкость инструмента.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа резьбофрезерования с накатыванием, осуществляемого головкой, содержащей хвостовик, корпус, крышку и оси, установленные на подшипниках, при котором заготовке сообщают вращательное движение, а головке - осевую подачу, причем предварительное формирование резьбы осуществляют мелкозубыми дисковыми резьбовыми фрезами, жестко закрепленными на осях, а окончательное профилирование резьбы производят свободно вращающимися резьбонакатными роликами, имеющими заборную и калибрующую части, при этом принудительное вращение фрез осуществляют через паз в хвостовике от индивидуального привода, который сообщает вращающий момент на центральный двойной блок-шестерню, расположенный на подшипниках в хвостовике и кинематически связанный с шестернями, жестко закрепленными на осях.

На фиг.1 изображена головка, реализующая предлагаемый способ, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - схема срезания припусков комплектом фрез и формирование резьбы накатыванием; на фиг.4 - схема фрезерования с одновременным накатыванием наружной резьбы по предлагаемому способу.

Предлагаемый способ резьбофрезерования с накатыванием предназначен для получения крупных наружных резьб и осуществляется специальной головкой, при котором заготовке сообщают вращательное движение, а головке - осевую подачу.

Головка осуществляет предварительное фрезерование винтовой канавки наружной резьбы и одновременное накатывание ее. Головка содержит хвостовик 1 и закрепленный на его торце корпус 2. К корпусу 2 с помощью штырей 3 и втулок 4 крепится крышка 5. В корпусе 2 и крышке 3 установлены под углом к общей продольной оси, равным углу наклона витков накатываемой резьбы, с возможностью свободного вращения на шарикоподшипниках 6 не менее 3-х осей 7.

На осях 7 с помощью шпонок 8 и втулок 9 установлены мелкозубые дисковые резьбовые фрезы 10 с осевым смещением относительно друг друга на величину (Р_Ш/n), где Р_Ш - шаг накатываемой резьбы, n - количество фрез 10.

Для равномерного разделения большой высоты профиля нарезаемой резьбы при обработке крупных наружных резьб между фрезами и обеспечения снятия каждой фрезой равного припуска диаметр каждой последующей фрезы 10, начиная с первой, которую встречает заготовка при своем продольном перемещении (согласно фиг.1, первая фреза - это крайняя левая), больше диаметра предыдущей на величину (2Н/n), где Н - высота профиля нарезаемой резьбы за вычетом припуска под резьбонакатывание (фиг.3).

За резьбовыми фрезами 10 на осях 7 (на фиг.1, 4 - слева направо) установлены с возможностью свободного вращения на шарикоподшипниках 11 резьбонакатные ролики 12, имеющие заборную и калибрующие части, содержащие витки кольцевой резьбы, которые также смещены друг относительно друга на соседних роликах в осевом направлении на величину, равную (Р_Ш /n).

На концах осей 7 (на фиг.1, 4 - на правых концах) с помощью шпонок 13 и гаек 14 установлены зубчатые колеса 15, приводимые во вращение центральным блоком-шестерней 16, установленным в хвостовике 1 на шарикоподшипниках 17 и имеющим второй зубчатый венец 18 для зацепления с приводом принудительного вращения фрез (не показан), при этом хвостовик 1 имеет паз 19 для расположения в нем вышеназванного привода.

Головка устанавливается, например, на суппорте на месте резцедержателя или у задней бабки токарного станка 16К20 (не показан) с помощью хвостовика 1. Центральному блоку-шестерне 16 через зубчатый венец 18 сообщается принудительное вращение от привода (не показан). При этом дисковые резьбовые фрезы 10 получают принудительное вращательное движение V _ф, являющееся главным движением резания для резьбофрезерования. Обрабатываемой заготовке 20, закрепленной в патроне 21, который расположен на шпинделе 22, сообщается вращательное движение V _з, которое является одновременно движением круговой подачи для резьбофрезерования и главным движением для резьбонакатывания. При подводе к заготовке головки ей сообщается продольная подача S_пр, равная шагу накатываемой резьбы.

Дисковые резьбовые фрезы 10 последовательно врезаются в обрабатываемую заготовку 20, прорезая в ней винтовую канавку, имеющую некоторый припуск под последующее резьбонакатывание. Удаление припуска под фрезерование при достаточно высокой круговой подаче заготовки, соответствующей скорости накатывания резьбы (порядка 10 м/мин), обеспечивается большим количеством зубьев у дисковых резьбовых фрез и малой подачей на зуб фрезы и не вызывает существенного снижения стойкости фрез.

Затем по предварительно прорезанной на обрабатываемой заготовке 20 винтовой канавки прокатываются резьбонакатные ролики 12, окончательно формируя резьбовой профиль с минимальной шероховатостью и упрочненным поверхностным слоем. Поскольку резьбонакатные ролики 12 имеют возможность свободного вращения на осях 7 из-за сил трения между роликами 12 и обрабатываемой заготовкой 20 окружная скорость вращения резьбонакатных роликов 12 будет практически равна окружной скорости вращения обрабатываемой заготовки 20.

После окончания формирования резьбы обрабатываемой заготовки 20 сообщается ускоренное вращение в обратную сторону и она выкручивается из головки. Фрезы 10 при этом не контактируют с накатанной резьбой.

Настройку головки на обработку наружных резьб различных диаметров и шагов, имеющих близкое значение угла подъема винтовой линии, производят путем замены комплекта резьбовых фрез 10 и резьбонакатных роликов 12.

Пример. Обрабатывалась заготовка-вал с резьбой M100×6-6g длиной 200 мм, которую устанавливали в патроне токарного станка 16К20, а головку - в резцедержателе станка. Привод принудительного вращения фрез в головке, состоящий из электродвигателя и редуктора, имеющего на выходном валу открытую шестерню, устанавливали на головке. Заготовке сообщали вращательное движение V_з=8 м/мин, а головке - продольную подачу S_пр=6 мм/об. Скорость резьбофрезерования составляла V_ф=87 м/мин. Испытаниями установлено, что размеры накатанной резьбы стабильны и соответствуют требуемому квалитету точности, стойкость инструмента соответствует нормам стойкости инструмента для аксиальных резьбонакатных головок, высота шероховатости резьбовой поверхности соответствует требованиям чертежа.

Предлагаемый способ резьбофрезерования с накатыванием специальной головкой для комбинированного фрезерования и накатывания наружных резьб с осевой подачей позволяет накатывать крупные резьбы, в том числе на заготовках из труднообрабатываемых или предварительно упрочненных материалов с высокой производительностью и качеством, при этом головка имеет относительно простую конструкцию. Способ обеспечивает возможность резьбофрезерной и резьбодеформирующей обработки с рациональными и оптимальными режимами, позволяет снизить себестоимость изготовления резьбовой поверхности, повысить качество, производительность процесса благодаря одновременному последовательному фрезерованию и накатыванию резьбы и увеличить срок стойкости инструмента.

Источники информации

1. А.с. СССР 1315180. МКИ В 21 G 5/00, В 21 Н 3/04. Режуще-резьбонакатная головка. // Т.А.Султанов, Е.В.Саяпин, В.А.Косарев. Заявка №4052185/31-08, заявл. 19.03.86, опубл. 07.06.87. Бюл. №21.

2. А.с. СССР 821003. МКИ В 21 Н 3/02. Головка для образования наружных резьб. // Н.А.Миронов, В.В.Загородский, М.Х.Гольдфельд. Заявка №2694371/25-27, заявл. 07.12.78, опубл. 15.04.81. Бюл. №14 – прототип.