Руководство по нарезанию резьбы на станке с ЧПУ: методы, стандарты, допуски и рекомендации по выбору поставщиков

Одна резьба M5 глубиной 12 мм в алюминиевом корпусе привода либо проходит контрольный уровень годности/не годности, либо отправляет всю партию обратно поставщику. Этот результат определяется до начала проверки тем, как была обрезана резьба. Нарезание резьбы с ЧПУ охватывает все методы с числовым программным управлением, используемые для изготовления винтовой резьбы: одноточечное точение на токарном станке, нарезание резьбы, фрезерование резьбы на обрабатывающем центре и формование без стружки путем прокатки. Выбранный метод определяет прочность резьбы, достижимый допуск, время цикла и стоимость единицы продукции. На первом месте стоит практический вывод: резьбу на стандартных крепежных элементах почти всегда дешевле покупать в готовом виде, чем обрабатывать на станке, а нарезание резьбы на станке с ЧПУ оправдано, когда резьба является неотъемлемой частью изготовленной на заказ детали или когда требуются нестандартные шаги, материалы и формы резьбы.

Что на самом деле включает в себя нарезание резьбы на станке с ЧПУ

Нарезание резьбы с ЧПУ удаляет материал или смещает его в случае прокатки, чтобы создать винтовой гребень с определенным профилем, шагом и классом допуска. На токарном станке вращение шпинделя и осевая подача инструмента синхронизируются электронно: за каждый оборот шпинделя инструмент продвигается ровно на один шаг, что означает 1,5 мм за оборот на резьбе М10х1,5. Ни один проход не достигает полной глубины, поэтому система управления проводит инструмент через несколько более глубоких проходов, пока профиль не достигнет нужного размера. Резьбы делятся на два семейства: наружная резьба, например, стержень болта или шпильки, и внутренняя резьба, например, отверстие гайки или резьбовое отверстие в корпусе.

Параметры, определяющие любой поток

• Основной диаметр : наибольший диаметр формы резьбы, номинально 10,0 мм на резьбе М10.
• Подача : осевое расстояние между соседними гребнями. В однозаходной резьбе шаг равен шагу.
• Угол фланга : 60 градусов включены в метрическую резьбу ISO и резьбу серии UN, поэтому геометрия пластины должна соответствовать нарезаемому семейству резьбы.
• Подача diameter : эффективный диаметр в месте соприкосновения сопрягаемых боковых сторон. Это именно те размеры, которые на самом деле проверяют измерительные приборы, и именно они определяют, является ли сборка гладкой или жесткой.

Основные методы заправки резьбы и где каждый из них подходит

Одноточечное точение резьбы

Токарный станок отслеживает профиль с помощью пластины V-образной формы, обеспечивая синхронизацию движения шпинделя и оси Z. Поскольку резьбу определяет геометрия пластины, а не специальный метчик или матрица, одна инструментальная станция может нарезать M20x2,5 утром и сверхтонкий шаг 1 мм после обеда. Это наиболее гибкий метод для обработки наружной резьбы и внутренней резьбы большего размера, но за счет увеличения времени цикла по сравнению с формовкой.

Постукивание

Для небольших внутренних резьб нарезание резьбы остается самым быстрым способом. Метчик прорезает отверстие за один цикл, синхронизированный со шпинделем, поэтому он доминирует в крупносерийном производстве в диапазоне от M2 до M16. Вид отказа также хорошо известен: сломанный метчик в глухом отверстии почти готового корпуса является одним из самых дорогостоящих браков при механической обработке, особенно при обработке упрочняемых нержавеющих сталей.

Фрезерование резьбы

Резьбовая фреза на обрабатывающем центре интерполирует резьбу по спирали, вращая инструмент по орбите, когда он поднимается через отверстие. Таким образом, один инструмент охватывает диапазон диаметров, силы резания остаются достаточно низкими для тонких стенок, а резьбу можно фрезеровать близко к дну глухого отверстия. Поскольку размер инструмента меньше готовой резьбы, сколы вставки больше не портят деталь. Компромиссами являются более медленные циклы при небольших размерах и необходимость винтовой интерполяции в системе управления.

Накатывание и шлифование резьбы

Вальцовка формирует резьбу путем перемещения материала между матрицами. Холодная обработка выравнивает текстуру и повышает усталостную прочность, поверхность получается гладкой, без сколов, поэтому крупногабаритные шпильки и болты не нарезают, а раскатывают. Шлифование режет закаленную сталь после термообработки и обеспечивает самый строгий контроль делительного диаметра при самых высоких затратах на резьбу, поэтому оно предназначено для прецизионных ходовых винтов, датчиков и критически важного с точки зрения безопасности оборудования.

Стандарты резьб, которые стоит точно процитировать

Большинство инженерных резьб сегодня представляют собой метрическую резьбу ISO M, стандартизированную в ISO 261 и DIN 13. По умолчанию используется крупный шаг, например M10x1,5 или M14x2, и он должен быть вашей отправной точкой, поскольку грубая резьба обрабатывается быстрее, быстрее собирается и лучше переносит повреждения при обращении. Мелкий и сверхмелкий шаг, такой как M14x1,5 или M14x1, заслужил свое место там, где важна виброустойчивость, прочность тонкостенных стенок или точная осевая регулировка. Класс допуска имеет такое же значение, как и шаг: 6H для внутренней резьбы и 6g для внешней резьбы — это пара общего назначения, а более жесткие классы, такие как 5H или 4g, служат для точной посадки. Одно практическое предупреждение: если деталь будет оцинкована, на внешнюю резьбу потребуется припуск, потому что нескольких микрон покрытия на боковую поверхность достаточно, чтобы превратить болт 6g в болт, стягивающий гайку 6H. Дюймовые резьбы UNC и UNF по-прежнему используются в североамериканском и устаревшем оборудовании, поэтому заменяемое оборудование должно точно соответствовать им.

Нити передачи энергии следуют своей собственной семье. Трапециевидные профили с углом боковой поверхности 30 градусов, стандартизированные по DIN 103 и ISO 2904, обеспечивают движение ходовых винтов, пресс-шпинделей и штоков клапанов, где высокие осевые нагрузки и длительный срок службы имеют большее значение, чем быстрая сборка. Например, чертеж оси регулировки станка может потребовать трапецеидального профиля, обработанного на ступенчатом элементе, как показано ниже. ступенчатый вал с трапециевидной резьбой производятся по спецификации заказчика.

Изготовленный на заказ ступенчатый вал с резьбой и накаткой для передачи мощности Этот изготовленный по индивидуальному заказу ступенчатый вал, изготовленный из нержавеющей стали, с накаткой на конце и спиральной секцией с внутренней резьбой, подходит для ходовых винтов и регулировочных осей, где напрямую применяются правила использования трапециевидной резьбы, гарантирующие качество чертежа. Посмотреть продукт →

Проектные решения, которые предотвращают дорогостоящие переделки

Большинство проблем с качеством резьбы связано с чертежом, а не с машиной. Шесть правил исключают обычные неудачи:

1. Установите длину зацепления примерно в 1–1,5 раза больше номинального диаметра для металла и в 2–3 раза для пластика или других мягких материалов.
2. Укажите рельефную канавку или допустимую неполную длину резьбы везде, где резьба касается уступа; Прижатие полной резьбы к торцевой поверхности является классической причиной помех при сборке.
3. Сделайте фаску на входе примерно на 1–1,5 шага, чтобы сопрягаемая часть начиналась чисто и первая резьба не была повреждена во время установки.
4. В глухих отверстиях допускайте биение на два-три шага ниже требуемой глубины резьбы на всю резьбу, поскольку ни один процесс резания не позволяет получить идеальную резьбу до самого низа.
5. Точно указывайте шаг на чертеже, даже для крупной резьбы; выноска, в которой читается только M14, предлагает магазину принять 2 мм, хотя проектный замысел составлял 1,5 мм.
6. Решите, применяется ли класс допуска до или после нанесения покрытия, и запишите его на чертеже.

Если основной материал не может удерживать прочную резьбу, например, тонкий лист, тонкие алюминиевые втулки или пластиковые корпуса, стандартным средством является металлическая вставка, а не втулка увеличенного размера. А латунная соединительная гайка с шестигранной резьбой обеспечивает износостойкую внутреннюю резьбу, которая выдерживает многократные циклы сборки, а латунь мягко прилегает к винту из нержавеющей или стали, с которым она соединяется.

Латунная соединительная гайка с шестигранной резьбой и внутренней и внешней резьбой Эта латунная стяжная гайка, обработанная с высокой точностью, имеет двойную внутреннюю и внешнюю резьбу, устойчива к коррозии и имеет прочную рукоятку, что делает ее идеальной для нарезания прочной резьбы в корпусах из листового металла, алюминия или пластика. Посмотреть продукт →

Нарезать резьбу или купить крепеж?

Правило принятия решения простое. Если резьба имеется на стандартной детали, такой как винт с внутренним шестигранником DIN 912, шестигранная гайка DIN 934 или болт с шестигранной головкой ISO 4014, покупка готового крепежа значительно дешевле, чем его механическая обработка, а детали, полученные холодной штамповкой, имеют накатанную резьбу, которая прочнее, чем большинство нарезанных резьб. Нарезание резьбы на станке с ЧПУ становится правильным решением, когда резьба интегрирована в нестандартную геометрию, когда шаг или материал находятся за пределами каталога или когда объемы слишком малы, чтобы оправдать холодную высадку инструмента.

Логика покупки меняется, как только рисунок выходит из стандартной серии. Сверхмелкий шаг, необычный материал, такой как латунь или легированная конструкционная сталь, или шпилька, сочетающая в себе шестигранную головку, гладкий хвостовик и специальную резьбу, — все это указывает на токарную резьбу, а не на полку крепежа. Ан Шпилька с шестигранной головкой M14x1 иллюстрирует золотую середину: геометрия достаточно проста для экономичного серийного производства, однако сверхмалый шаг означает, что она никогда не появится в стандартном каталоге.

Шпилька с шестигранной головкой M14 x L из углеродистой стали Эта шпилька с шестигранной головкой и сверхтонкой резьбой, изготовленная по чертежам заказчика, показывает, почему нарезание резьбы с ЧПУ превосходит каталожный крепеж, когда шаг или геометрия выходит за рамки стандартной серии, оставаясь при этом экономичным при серийном производстве. Посмотреть продукт →

Как производитель, использующий обе серийные модели, Куньшань Хун Юн Шэн Прецизионное оборудование поставляет в больших объемах крепежные детали стандартов DIN и ISO и обрабатывает нестандартные резьбовые компоненты по чертежам заказчика, поэтому каждую позицию можно предлагать по тому маршруту, который действительно стоит дешевле.

Как проверяются резьбовые детали перед отправкой

Резьбовые элементы проверяются так же, как и любые другие прецизионные размеры: калибры GO/NO-GO и кольца подтверждают функциональное соответствие заданному классу допуска, трехпроводной метод или микрометр резьбы измеряют основной диаметр, а оптическая проекция проверяет угол боковой поверхности и состояние гребня. Испытание с предварительной нагрузкой крутящего момента добавляет последний слой для соединений, важных для безопасности. Более подробно о методах измерения, лежащих в основе согласованных партий, можно прочитать в этой статье о том, как Kunshan Hong Yong Sheng обеспечивает точность размеров. проходит проверку и контроль процесса.

Где точность резьбы окупается

Резьбовые компоненты несут наибольшую ответственность там, где речь идет о вибрации, безопасности или точной регулировке. В автомобильных узлах используются шпильки и вставные гайки, которые выдерживают крутящий момент при перепадах температуры; в аэрокосмической технике предпочитают малый шаг и самоблокирующиеся конструкции, предотвращающие расшатывание; гидравлическое и пневматическое оборудование зависит от точно нарезанной регулировочной резьбы для обеспечения повторяемости дозирования; Корпуса медицинских устройств нуждаются в небольшой внутренней резьбе без заусенцев, которая плавно собирается без выпадения частиц.

Вывод прост: полностью определите резьбу, включая шаг, класс допуска, длину зацепления и порядок нанесения покрытия, а затем выберите самый дешевый процесс, который соответствует этому требованию. Покупайте стандартные резьбовые крепления везде, где есть деталь DIN или ISO, зарезервируйте резьбу с ЧПУ для нестандартной геометрии и нестандартных выносок и работайте с поставщиком, который может изготовить и то, и другое, чтобы технологическое решение соответствовало детали, а не наоборот.