Введение
Традиционные методы нарезания резьбы (метчики, плашки) давно столкнулись с ограничениями при работе с твердыми материалами, глубокими или прерывистыми резьбами, а также требованиями высокой производительности и точности. Резьбофрезерование на станках с ЧПУ предлагает мощную альтернативу, особенно для внутренних (M) и внешних (G) резьб. Этот процесс использует вращающуюся фрезу с профилем резьбы, совершающую винтовое движение относительно заготовки, обеспечивая превосходное качество поверхности, гибкость и скорость.
Принцип Резьбофрезерования
Резьбофреза, закрепленная в шпинделе станка, вращается с высокой скоростью (Vc). Одновременно станок выполняет точно синхронизированное движение подачи (F) по оси Z (параллельно оси резьбы) и круговое интерполяционное движение по осям X и Y (или только по X для внешней резьбы на токарном станке с ЧПУ). Комбинация этих движений заставляет фрезу описывать винтовую траекторию, соответствующую шагу резьбы (P), формируя резьбовой профиль за один или несколько проходов.
Ключевые Преимущества Резьбофрезерования на ЧПУ:
- Высокая Скорость: Значительно быстрее нарезания метчиком, особенно крупных резьб.
- Отличное Качество: Меньше вибраций, лучше контроль стружкообразования, высокая точность профиля и чистовая поверхность.
- Гибкость: Одна фреза нарезает резьбы одного профиля, но разных диаметров и лево-/правосторонние. Легко обрабатывает резьбы близко к уступам, в глубоких отверстиях, глухие отверстия (с контролем глубины) и прерывистые резьбы.
- Обработка Твердых Материалов: Эффективно работает с закаленными сталями, жаропрочными сплавами, титаном.
- Низкие Усилия Резания: Снижает деформацию тонкостенных заготовок.
- Стойкость Инструмента: Равномерный износ всех зубьев фрезы повышает стойкость по сравнению с метчиком.
Важные Параметры Процесса:
- Диаметр Фрезы (Dc): Должен быть меньше внутреннего диаметра отверстия для внутренней резьбы и меньше наружного диаметра для внешней резьбы. Обычно 60-80% от диаметра резьбы.
- Скорость Резания (Vc): Определяется материалом заготовки, материалом фрезы и ее диаметром. [Vc = π * Dc * n / 1000], где n - частота вращения шпинделя (об/мин).
- Подача на Зуб (Fz): Зависит от материала, требуемого качества и жесткости системы.
- Подача на Оборот (F): Критический параметр! F = Fz * Z * P, где Z - количество зубьев фрезы, P - шаг резьбы. Именно эта подача синхронизирована с шагом резьбы.
- Глубина Резания (ap): Для большинства резьб полный профиль формируется за 1 проход (ap = Высота профиля резьбы). Для крупных резьб или твердых материалов может потребоваться несколько проходов.
- Диаметр Обработки (для G02/G03): Рассчитывается как Диаметр Резьбы - Диаметр Фрезы для внутренней резьбы и Диаметр Резьбы + Диаметр Фрезы для внешней резьбы.
- Выход из Резьбы (для Внутренней): Обеспечить достаточный зазор для выхода фрезы из отверстия без касания дна или стенок.
Примеры G-кода (Fanuc-подобный синтаксис):
Пример 1: Внутренняя правая резьба M30x1.5 (глухая)
- Материал: Сталь
- Фреза: Dc=16 мм, 4 зуба (Z=4)
- Отверстие под резьбу: Глубина 25 мм, предварительно рассверлено до D=28.38 мм
- Расчеты:
Vc = 120 м/мин -> S = (Vc * 1000) / (π * Dc) = (120*1000)/(3.1416*16) ≈ 2387 об/мин (S2400)
Fz = 0.08 мм/зуб -> F = Fz * Z * P = 0.08 * 4 * 1.5 = 0.48 мм/об
Диаметр Интерполяции = Диаметр Резьбы (30) - Dc (16) = 14 мм -> Радиус = 7 мм
Начальная точка: X0 Y0 (центр отверстия), Z на 3 мм выше заготовки (Z3.0)
Конечная точка по Z: Z-25.0 (глубина резьбы)
Выход: Линейное движение в центр (I0 J0) на безопасной высоте (Z5.0)
(ВНУТРЕННЯЯ РЕЗЬБА M30x1.5 - ГЛУХАЯ)
G54 G17 G40 G49 G80 G90 G94 (Безопасная настройка)
G00 X0 Y0 (Быстрое позиц. в центр)
S2400 M03 (Вкл. шпиндель 2400 об/мин)
G43 H01 Z5.0 (Подвод Z с компенс. длины)
G00 Z3.0 (Подвод к началу Z)
G01 Z-25.0 F50 (Подача к глубине резьбы - медленно!)
G91 G02 I-7.0 Z1.5 F0.48 (Относит. коорд! Винтовая интерполяция: CW, Радиус -7мм (влево от центра), Шаг Z=+1.5мм, Подача F НА ОБОРОТ!)
G90 G02 I-7.0 Z-25.0 (Абсолютные коорд. Завершающий полный виток для точности)
G01 X0 Y0 (Линейное движение В ЦЕНТР по X,Y)
G00 Z5.0 (Быстрый отвод Z)
M05 (Выкл. шпиндель)
G91 G28 Z0 (Возврат в дом Z)
M30 (Конец программы)
Пример 2: Внешняя правая резьба Tr40x6 (на токарном станке с ЧПУ, ось X - диаметральная!)
- Материал: Алюминий
- Фреза: Dc=25 мм, 6 зубьев (Z=6)
- Заготовка: Наружный диаметр 40 мм, длина резьбы 40 мм
- Расчеты:
Vc = 300 м/мин -> S = (300*1000)/(3.1416*25) ≈ 3820 об/мин (S3800)
Fz = 0.1 мм/зуб -> F = Fz * Z * P = 0.1 * 6 * 6 = 3.6 мм/об
Диаметр Интерполяции = Диаметр Резьбы (40) + Dc (25) = 65 мм -> Радиус = 32.5 мм
Начальная точка: X32.5 (радиус!) Z5.0 (с торца заготовки)
Конечная точка по Z: Z-40.0
Выход: Радиальное отведение (G00 X...)
(ВНЕШНЯЯ РЕЗЬБА Tr40x6)
G54 G18 G40 G49 G80 G90 G94 (Безопасная настройка, G18 - плоскость XZ)
G00 X65.0 Z5.0 (Быстрое позиц. НА РАДИУСЕ интерполяции: X=65.0 (диам. 65), Z над заготовкой)
S3800 M03 (Вкл. шпиндель)
G43 H01 Z5.0 (Компенсация длины - обычно на токарных в Z реже используют, но зависит от станка)
G01 Z-40.0 F100 (Подача к началу длины резьбы)
G02 X65.0 Z-40.0 I-32.5 K-6.0 F3.6 (Винтовая интерполяция: CW. Конечная точка X65 Z-40 (та же!), I-32.5 (смещение центра на -32.5 по X ОТ НАЧАЛЬНОЙ ТОЧКИ), K-6.0 (шаг резьбы за 1 оборот))
G00 X100.0 (Быстрое отведение по X)
Z50.0 (Быстрое отведение по Z)
M05 (Выкл. шпиндель)
G91 G28 U0 W0 (Возврат в дом X и Z - токарный вариант)
M30 (Конец программы)
Важные Замечания по G-коду:
- Компенсация Радиуса Фрезы (G41/G42): В примерах выше она не используется, так как траектория центра фрезы рассчитывается вручную. Использование коррекции радиуса (G41/G42) возможно, но требует аккуратной настройки и понимания.
- Синтаксис Цикла: Многие современные ЧПУ имеют встроенные циклы резьбофрезерования (например, G12.1 или G13.1 на Fanuc для полярной интерполяции, или специализированные циклы типа CYCLE90 на Sinumerik). Их использование предпочтительнее, так как они проще и надежнее. Приведенные примеры - "ручная" реализация.
- Начальная Точка: Для внутренней резьбы начинают ВНУТРИ отверстия (X0 Y0), для внешней - СНАРУЖИ заготовки на радиусе интерполяции.
- Подача (F): Всегда подача НА ОБОРОТ шпинделя (мм/об, G94). Значение F критично и равно Fz * Z * P.
- Выход из Резьбы (Внутренняя): Линейное движение к центру (G01 X0 Y0) после завершения интерполяции - самый безопасный способ вывести фрезу, не повредив резьбу.
- Относительные/Абсолютные Координаты (G91/G90): В примере внутренней резьбы используется G91 для первого витка, чтобы задать приращение Z на шаг резьбы. Затем G90 для завершающего точного витка.
- Токарный Станок (Пример 2): Используется плоскость XZ (G18). Движение по X - диаметральное (X65.0 - это диаметр 65 мм). I и K в G02 - это смещения центра относительно начальной точки по X и Z соответственно. K-6.0 задает шаг резьбы (6 мм за оборот).
Заключение
Резьбофрезерование на ЧПУ станке - это высокопроизводительный, точный и универсальный метод создания как внутренних, так и внешних резьб. Понимание принципа формирования резьбы, правильный расчет параметров резания и траектории инструмента, а также грамотное программирование G-кода (особенно синхронизации подачи F с шагом P) являются ключом к успешному применению этой технологии. Она открывает новые возможности для обработки сложных деталей из современных материалов, обеспечивая превосходное качество и экономическую эффективность. При освоении резьбофрезерования всегда консультируйтесь с руководствами к станку и инструменту для уточнения синтаксиса и рекомендаций.