Как нарезать резьбу на токарном станке 16К20 по металлу

Нарезать резьбу на токарном станке 16К20 — задача, с которой сталкивается каждый токарь рано или поздно. Без понимания кинематики и правильной настройки органов управления даже опытный оператор рискует испортить деталь или получить неправильный шаг резьбы. Именно поэтому перед тем, как приступить к работе, стоит разобраться в устройстве станка и принципах его настройки под конкретную задачу.

Настройка токарного станка на нарезание резьбы

При нарезании резьбы уравнения кинематических цепей составляют исходя из условия: за один оборот шпинделя инструмент должен переместиться в направлении подачи на величину шага нарезаемой резьбы. Это базовый принцип, на котором держится вся работа токарно-винторезного станка 16К20.

Настройка универсального токарного станка 16К20 на нарезание резьбы сводится к двум ключевым шагам: настройке привода главного движения и настройке движения подачи. Настройка коробки подач на шаг нарезаемой резьбы в большинстве случаев выполняется по таблице, закреплённой прямо на станке.

Кинематическая схема токарно-винторезного станка 16к20

Станок 16К20 выпускался Московским станкостроительным заводом «Красный пролетарий» им. А.И. Ефремова и пришёл на смену легендарному 1К62 в 1972 году. Привод главного движения — асинхронный электродвигатель мощностью 11 кВт с частотой вращения 1460 об/мин, от которого через клиноременную передачу и коробку скоростей шпиндель получает 22 значения частоты вращения — от 12,5 до 1600 об/мин.

Кинематическая схема станка показывает, как взаимодействуют все основные узлы. Движение подач заимствуется от шпинделя через пару z = 60/60, далее — через звено увеличения шага, механизм реверса (трензель), гитару сменных колёс и коробку подач — к ходовому винту с шагом Pх = 12 мм. Именно ходовой винт через замкнутую разъёмную маточную гайку обеспечивает продольное перемещение суппорта с резьбовым резцом.

• Звено увеличения шага резьбы — увеличивает выходную частоту вращения в соотношении 1:2, 1:8 или 1:32
• Механизм реверса (трензель) — изменяет направление движения суппорта, не меняя направление вращения шпинделя
• Гитара сменных колёс — включает шестерни K, L, M, N; используется для редкой перенастройки
• Коробка подач — задаёт конкретную скорость вращения ходового вала и ходового винта

Схема расположения органов управления токарным станком 16к20

Все органы управления станка 16К20 расположены продуманно — оператор получает доступ к нужным рукояткам, не меняя рабочей позиции. Рукоятки 1 и 2 на шпиндельной бабке выбирают скорость вращения шпинделя: 4 положения первой и 6 положений второй дают 24 возможных значения оборотов. При этом значения 500 и 630 об/мин повторяются.

Рукоятка 3 управляет звеном увеличения шага подачи или резьбы, рукоятка 4 — трензелем, определяя направление вращения ходового вала или ходового винта (правая или левая резьба). Рукоятки 5 и 7 устанавливают величину подачи и шага резьбы по таблице, рукоятка 6 — вид работ и тип нарезаемой резьбы.

Перечень органов управления токарно-винторезным станком 16К20

Знание назначения каждой рукоятки — это не формальность, а реальная страховка от ошибок при наладке. Вот что находится под руками оператора:

• Рукоятка 1 — установка ряда чисел оборотов шпинделя
• Рукоятка 2 — установка числа оборотов шпинделя
• Рукоятка 3 — установка нормального, увеличенного шага резьбы и положения при делении многозаходных резьб
• Рукоятка 4 — установка направления резьбы (правая / левая)
• Рукоятка 5 — установка величины подачи и шага резьбы
• Рукоятка 6 — выбор вида работ: подача или тип нарезаемой резьбы
• Рукоятка 7 — установка шага резьбы и отключение механизма коробки подач при нарезке напрямую
• Рукоятки 8 и 16 — управление фрикционной муфтой главного привода (сблокированы)
• Рукоятка 15 — включение и выключение гайки ходового винта
• Рукоятка 20 — управление механическими перемещениями каретки и поперечных салазок

Таблица резьб и подач токарно-винторезного станка 16к20

Таблица резьб и подач — главный ориентир при настройке станка на конкретный тип резьбы. Она закреплена на шпиндельной бабке и охватывает все основные типы: метрические, дюймовые, модульные и питчевые. Станок 16К20 в стандартной комплектации нарезает метрические резьбы с шагом от 0,5 до 112 мм, дюймовые — от 56 до 0,5 ниток на дюйм.

Табличные значения подач и шагов резьб могут быть получены только при правильно установленных сменных шестернях гитары. Для станков моделей 16К20, 16К20П, 16К20Г стандартная комбинация выглядит так:

(K/L)·(L/N) = (40/86)·(86/64)

Величина поперечной подачи всегда составляет 1/2 от продольной. Если нужны подачи, равные удвоенным табличным значениям, применяют другую комбинацию сменных шестерён.

Шестерни, поставляемые по особому заказу

Стандартный набор сменных шестерён охватывает большинство рабочих задач, но бывают случаи, когда шаг нестандартный или не предусмотрен таблицей. Для нарезания таких резьб через механизм коробки подач существует дополнительный набор шестерён, поставляемых по особому заказу.

Для станков 16К20 это шестерни с числом зубьев z = 66, z = 54, z = 52, z = 46. Для нарезания резьб «напрямую», минуя коробку подач, используются z = 60, z = 72, z = 54, z = 56, z = 80, а также z = 80 (модуль m = 1,5) и z = 127 (m = 1,5). Последняя — знаменитая «дюймовая» шестерня, необходимая для точного перехода от метрического шага к дюймовому.

Инструкция по нарезанию резьб на станках моделей 16К20

При отправке с завода на станках 16К20 устанавливаются сменные шестерни z = 40, z = 86, z = 64, а шестерня z = 36 выполняет функцию проставки. Эта штатная комбинация (40/86)·(86/64) обеспечивает нарезание метрических и дюймовых резьб с шагами по средней нижней части таблицы на станке.

Порядок настройки станка на нарезание резьбы по таблице:

1. Рукояткой 6 установить тип нарезаемой резьбы (метрическая, дюймовая, модульная, питчевая)
2. Рукоятками 5 и 7 выбрать требуемый шаг резьбы по таблице на шпиндельной бабке
3. Рукояткой 4 установить направление резьбы: правая или левая
4. Рукоятками 1 и 2 выбрать частоту вращения шпинделя в соответствии с режимом резания
5. Проверить правильность установки сменных шестерён гитары
6. Включить маточную гайку рукояткой 15 и начать нарезание

Например, для нарезания метрической резьбы с шагом 2 мм рукоятку 7 следует поставить в положение «1», рукоятку 5 — в положение «С», рукоятку 6 — в положение «метрическая». Звучит несложно, но торопиться не стоит: ошибка в положении хотя бы одной рукоятки может привести к нарезанию неправильного шага или даже к поломке инструмента.

Нарезание резьб повышенной точности

Когда допуски по шагу особенно жёсткие, нарезание резьбы повышенной точности выполняется при непосредственном соединении ходового винта со шпинделем через сменные шестерни — с полным отключением механизма коробки подач. Такой метод исключает накопленные погрешности коробки подач.

Подбор сменных шестерён для нарезания определённого шага резьбы повышенной точности производится по формуле:

(K/L)·(M/N) = t/8

где t — шаг нарезаемой резьбы в мм. При помощи шестерён основного набора можно нарезать метрические резьбы повышенной точности с шагом t = 5 мм, t = 10 мм, t = 12 мм. Рукоятка 6 при этом устанавливается на соответствующий вид резьбы, а рукоятка 7 переводится в нейтральное положение (обозначено стрелкой) — для исключения холостого вращения механизма коробки подач.

Нарезание многозаходных резьб

Многозаходная резьба — это отдельная история. Здесь мало правильно настроить шаг: нужно ещё равномерно разделить заходы. Станок 16К20 предусматривает деление с помощью делительного кольца (240 рисок) на фланце шпинделя.

Последовательность нарезания многозаходной резьбы на станке 16К20:

1. Рукоятки 8 и 16 — в средние положения
2. Рукояткой 15 включить гайку ходового винта
3. Рукоятками 1 и 2 установить нужное число оборотов шпинделя, рукоятками 5 и 7 — шаг резьбы (устанавливается полный ход, т.е. шаг × число заходов)
4. Вручную повернуть фланец шпинделя, совместив указатель с одной из рисок делительного кольца
5. Для расцепления шпинделя с кинематической цепью — переключить рукоятку 3 в положение, обозначенное специальным символом отключения шпинделя (для резьб с шагом от 0,5 до 7 мм)
6. Повернуть шпиндель вручную на нужное число рисок: при 2 заходах — 30 рисок, при 3 — 20, при 4 — 15
7. Вернуть рукоятку 1 или 3 в исходное положение и нарезать следующую нитку резьбы

Резьбонарезание на токарно-винторезном станке 16К20

Цепь главного движения задаёт вращательное движение шпинделю. Винторезная цепь согласует вращение заготовки с продольным перемещением резьбового резца так, чтобы за один оборот заготовки резец переместился строго на шаг однозаходной резьбы или на ход многозаходной. Начальное звено этой цепи — шпиндель, конечное — ходовой винт с шагом Pх = 12 мм.

Уравнение кинематического баланса винторезной цепи описывает связь всех передаточных чисел: от шпинделя через гитару сменных колёс (K/L)·(M/N) и коробку подач с передаточным отношением iк.п до ходового винта. Именно этим уравнением пользуются при выводе расчётных формул для подбора сменных колёс гитары в нестандартных случаях.

Коробка подач станка имеет две основные кинематические цепи:

• Первая цепь — для нарезания метрических и модульных резьб, а также продольной и поперечной механической подачи
• Вторая цепь — для нарезания дюймовых и питчевых резьб

Нарезание резьбы выполняется за несколько проходов, и здесь есть важный нюанс. Резьбы делятся на чётные и нечётные — в зависимости от того, является ли отношение шага резьбы к шагу ходового винта станка целым числом или дробью. От этого зависит методика работы.

При нарезании чётной резьбы разъёмная гайка ходового винта может размыкаться после каждого прохода — резец всегда попадёт в нарезаемую канавку при повторном включении. При нарезании нечётной резьбы гайку размыкать нельзя: после каждого прохода резец отводят от заготовки в поперечном направлении, включают обратный ход и возвращают суппорт, не размыкая гайки.

Наладка станка 16к20 на нарезание резьбы

Наладку станка на резьбонарезание ведут в строгом порядке. Сначала по заданной скорости резания рассчитывают частоту вращения шпинделя:

n = ν · 1000 · 60 / d (об/мин)

где ν — скорость резания в м/с, d — диаметр заготовки в мм. Полученное значение округляют до ближайшего табличного.

Разберём пример. Требуется нарезать метрическую резьбу с шагом Pн = 5,5 мм. Диаметр заготовки D = 40 мм, материал — конструкционная сталь, резец из быстрорежущей стали, скорость резания v = 0,33 м/с.

1. Рассчитываем обороты шпинделя: n = 1000 · 60 · 0,33 / (3,14 · 40) = 159 об/мин. Принимаем ближайшее табличное значение — 160 мин⁻¹
2. По таблице шагов определяем: шаг 5,5 мм в таблице отсутствует. Нужна специальная настройка гитары
3. Берём ближайшее табличное значение Pт = 6 мм и применяем расчётную формулу: (K/L)·(M/N) = (5/8)·(Pн/Pт)
4. По результатам расчёта выбираем колёса: K = 50, L = 80, M = 66, N = 72
5. Проверяем условия сцепляемости: K ≤ 88, N ≤ 73; K + L + M ≥ 260 — всё соблюдено
6. Устанавливаем колёса на станок, коробку подач настраиваем на шаг Pт = 6 мм

Приёмы нарезания резьбы резцами

После наладки станка, зажима детали в патроне и установки резьбового резца начинают непосредственное нарезание. Первый проход делают с минимальным врезанием — получают риску, по которой штангенциркулем или резьбомером проверяют шаг. Только убедившись в правильности настройки, углубляют резец по лимбу на требуемую величину.

Существует два основных способа нарезания треугольной резьбы резцами.

Первый способ — резец устанавливают перпендикулярно оси детали, резание ведут обеими режущими кромками одновременно. Подходит для резьбы с шагом менее 2 мм. Глубина врезания за каждый проход — 0,05–0,2 мм. На черновых проходах стружки от двух кромок мешают друг другу, поверхность получается шероховатой; на чистовых — качество резко улучшается.

Второй способ применяется при шаге более 2 мм. Верхнюю часть суппорта поворачивают на угол α/2 (половина угла профиля резьбы) и подают резец боковым врезанием, перемещая верхние салазки под углом к оси детали. При такой установке режет преимущественно левая кромка, правая снимает тонкую стружку и изнашивается медленнее. Для получения точной резьбы последние чистовые проходы выполняют по первому способу.

Несколько практических нюансов, которые опытные токари знают наизусть:

• Канавку для выхода резца делают глубиной чуть больше глубины резьбы, шириной 2–3 шага — иначе резец при подходе к уступу сломается
• При нарезании правой резьбы суппорт движется от задней бабки к передней; при нарезании левой — в обратном направлении, начиная от передней бабки
• Охлаждение обязательно: эмульсия или сульфофрезол для стали и латуни, керосин или без охлаждения — для чугуна
• Перед началом работы резьбовой резец проверяют шаблоном — угол профиля должен точно соответствовать нарезаемой резьбе
• Задний угол резца необходим для предотвращения трения задней поверхности о нарезанную резьбу; у боковых режущих кромок он должен быть больше угла подъёма резьбы

Скоростное нарезание наружной и внутренней резьбы на токарно-винторезных станках возможно с применением специальных вращающихся резцовых головок — так называемое «вихревое» нарезание. Резцовую головку с одним или несколькими резцами устанавливают на суппорте эксцентрично относительно заготовки и сообщают ей быстрое вращение — от 1000 до 3000 об/мин — от отдельного электродвигателя. Каждый резец находится в работе лишь долю оборота, снимая мелкую стружку в форме запятой, а всё остальное время движется «по воздуху». Производительность при таком методе возрастает многократно.