Резьбофрезерный станок

Резьбофрезерный станок — это металлорежущий станок, предназначенный для нарезания наружных и внутренних резьб различного профиля (метрической, дюймовой, трапецеидальной, модульной и других) с помощью резьбовых фрез. В отличие от токарно-винторезных станков, где резьба образуется за счёт согласованного вращения заготовки и продольного перемещения резца, резьбофрезерование осуществляется за счёт вращения фрезы и одновременного вращения (или поступательного движения) заготовки, что позволяет получать резьбу высокой точности и производительности. Станки этого типа широко применяются в машиностроении, приборостроении, инструментальном производстве и ремонтных цехах.

История

Первые попытки механизировать нарезание резьбы относятся к XVIII веку, однако специализированные резьбофрезерные станки появились лишь в конце XIX — начале XX века с развитием металлообрабатывающей промышленности. В 1890-х годах американский инженер Джозеф Уитворт (Joseph Whitworth) предложил конструкцию станка для нарезания резьбы фрезой, что позволило существенно повысить производительность по сравнению с токарной обработкой. В СССР массовое производство резьбофрезерных станков началось в 1930-х годах на заводах «Красный пролетарий» (Москва) и «Станкоконструкция» (Рязань). К середине XX века станки этого типа стали стандартным оборудованием для изготовления резьбовых соединений в автомобильной, авиационной и оборонной промышленности. С развитием числового программного управления (ЧПУ) в 1970–1980-х годах резьбофрезерные станки получили возможность обработки сложных профилей и автоматизации цикла.

Классификация

Резьбофрезерные станки классифицируют по нескольким признакам:

По типу обрабатываемой резьбы

• Для наружной резьбы (винтов, болтов, шпилек, червяков).
• Для внутренней резьбы (гаек, резьбовых отверстий в корпусных деталях).
• Универсальные — для наружной и внутренней резьбы.

По конструктивному исполнению

• Горизонтальные — шпиндель с фрезой расположен горизонтально; заготовка закрепляется в центрах или патроне и вращается. Наиболее распространённый тип.
• Вертикальные — шпиндель вертикален; часто используются для нарезания внутренней резьбы в крупных деталях (например, в корпусах редукторов).
• С наклонным шпинделем — применяются для обработки резьбы на конических поверхностях.

По степени автоматизации

• Ручные — с ручным управлением перемещением суппорта и фрезы.
• Полуавтоматические — автоматизирован цикл подачи и отвода фрезы, но загрузка/выгрузка деталей выполняется вручную.
• С ЧПУ — полностью автоматизированные станки, позволяющие обрабатывать резьбу по заданной программе, включая многопроходные циклы и смену инструмента.

По количеству шпинделей

• Одношпиндельные — для единичного и мелкосерийного производства.
• Многошпиндельные — для массового производства (например, одновременное нарезание резьбы на нескольких заготовках).

Устройство и принцип работы

Основные узлы

• Станина — литая чугунная или сварная конструкция, обеспечивающая жёсткость и виброустойчивость.
• Шпиндельная бабка — содержит шпиндель с патроном для крепления фрезы; шпиндель вращается с заданной частотой (обычно 100–3000 об/мин).
• Суппорт — перемещается вдоль оси заготовки (продольная подача) и поперечно (для установки глубины резания).
• Передняя и задняя бабки — служат для закрепления заготовки в центрах или патроне. В станках для внутренней резьбы заготовка может крепиться на планшайбе.
• Привод подач — механический (через коробку скоростей) или сервопривод (в станках с ЧПУ).
• Система охлаждения — подача смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону резания.

Принцип работы

Резьбофрезерование основано на кинематической связи между вращением фрезы и вращением (или поступательным движением) заготовки. Различают два основных метода:

1. Метод обкатки (фрезерование по копиру) — заготовка вращается медленно (1–10 об/мин), а фреза, установленная под углом, равным углу подъёма резьбы, совершает продольное перемещение. За один оборот заготовки фреза смещается на шаг резьбы. Этот метод обеспечивает высокую точность и применяется для наружной резьбы.
2. Метод врезания (фрезерование по винтовой линии) — фреза вращается с высокой скоростью, а заготовка одновременно вращается и перемещается продольно по винтовой траектории. Используется для внутренней резьбы и обработки длинных винтов.

В станках с ЧПУ траектория движения фрезы программируется, что позволяет нарезать резьбу с переменным шагом, конические резьбы и многозаходные профили.

Технические характеристики

Основные параметры резьбофрезерных станков:

• Максимальный диаметр обрабатываемой резьбы — от 10 мм (малые станки) до 500 мм и более (крупные станки).
• Максимальная длина резьбы — до 3000 мм (для длинномерных винтов).
• Шаг резьбы — от 0,5 мм до 20 мм (в зависимости от модели).
• Частота вращения шпинделя — 50–3000 об/мин.
• Мощность главного привода — 1–30 кВт.
• Точность обработки — 6–8 квалитет (по ГОСТ 25346-89), при использовании прецизионных станков — до 5 квалитета.

Применение

Резьбофрезерные станки используются в следующих отраслях:

• Машиностроение — изготовление ходовых винтов станков, резьбовых валов, шпилек, болтов и гаек для узлов и агрегатов.
• Автомобильная промышленность — нарезание резьбы на деталях двигателей, коробок передач, рулевых механизмов.
• Авиастроение — обработка резьбовых соединений в высоконагруженных деталях (шасси, лонжероны).
• Инструментальное производство — изготовление метчиков, плашек, резьбовых калибров.
• Нефтегазовое оборудование — нарезание резьбы на буровых трубах, муфтах, насосных штангах.
• Ремонтные мастерские — восстановление изношенной резьбы на деталях.

Преимущества резьбофрезерования перед токарным нарезанием:

• Высокая производительность (в 2–5 раз выше).
• Меньший износ инструмента (фреза работает по нескольким зубьям).
• Возможность обработки твёрдых и закалённых материалов.
• Получение резьбы с чистой поверхностью (шероховатость Ra 1,6–6,3 мкм).

Недостатки:

• Более сложная настройка станка (особенно для многозаходных резьб).
• Ограниченная длина резьбы при фрезеровании по методу обкатки (из-за длины фрезы).
• Высокая стоимость инструмента (резьбовые фрезы).

Примеры моделей

В России и странах СНГ распространены следующие модели резьбофрезерных станков:

• 5Б63 — горизонтальный станок для наружной резьбы диаметром до 80 мм, длина до 500 мм. Производился на заводе «Красный пролетарий».
• 6М82 — универсальный станок с ЧПУ для наружной и внутренней резьбы (диаметр до 200 мм).
• РФ-1 — малогабаритный станок для инструментального производства (диаметр до 30 мм).
• Модели с ЧПУ (например, серия RF-200 производства компании «Станкостроительный завод» (г. Рязань)) — обеспечивают обработку резьбы по программе с точностью до 0,01 мм.

Интересные факты

• Резьбофрезерные станки способны нарезать резьбу на деталях из титановых сплавов, нержавеющей стали и жаропрочных материалов, что востребовано в авиакосмической промышленности.
• В СССР в 1960-х годах были разработаны станки для нарезания резьбы на деталях длиной до 6 метров (например, для ходовых винтов токарных станков).
• Современные станки с ЧПУ могут выполнять резьбофрезерование за один проход, что сокращает время обработки в 3–4 раза по сравнению с традиционными методами.

Источники

• ГОСТ 25346-89 «Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок».
• Справочник технолога-машиностроителя. Том 1 / Под ред. А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1985.
• Каталог станков завода «Красный пролетарий» (Москва), 1970.
• Техническая документация на станок 5Б63 (ОАО «Станкостроительный завод», Рязань).
• «Металлорежущие станки» / Под ред. В. Э. Пуша. — М.: Машиностроение, 2004.