Нарезание резьбы на токарном станке 16К20 по металлу : полное руководство

Когда токарь впервые садится за станок 16К20 с задачей нарезать резьбу по металлу, вопросов возникает немало. С какой рукоятки начать? Как прочитать таблицу шагов? Что делать, если нужного шага в таблице нет? Ответить на каждый из них — задача этого руководства.

Токарно-винторезный станок 16К20 — один из самых массовых станков отечественного производства. Его выпускал Московский завод «Красный пролетарий» начиная с 1972 года, и по сей день именно он стоит в большинстве механических мастерских страны. Универсальность, надёжность и хорошая документальная база делают его отличным выбором как для серийного производства, так и для единичных работ.

Настройка токарного станка на нарезание резьбы

Главный принцип нарезания резьбы на токарном станке прост: за каждый полный оборот шпинделя резьбовой резец должен сместиться вдоль заготовки строго на величину шага нарезаемой резьбы. Именно из этого условия составляют уравнение кинематической цепи при подборе передаточных отношений.

Станок 16К20 настраивают на нарезание резьбы в два этапа. Первый — выбор нужной частоты вращения шпинделя под конкретный материал и диаметр заготовки. Второй — настройка коробки подач на требуемый шаг. Оба этапа опираются на таблицы, закреплённые непосредственно на станке.

Кинематическая схема токарно-винторезного станка 16к20

Привод главного движения станка — асинхронный электродвигатель 11 кВт, 1460 об/мин. Через клиноременную передачу и коробку скоростей шпиндель получает 22 ступени частоты вращения: от 12,5 до 1600 об/мин. Два значения — 500 и 630 об/мин — в таблице повторяются, что нужно учитывать при наладке.

Движение подач формируется не отдельным приводом, а заимствуется от шпинделя. Цепь выглядит так: шпиндель — пара z = 60/60 — звено увеличения шага — трензель — гитара сменных колёс — коробка подач — ходовой винт с шагом Pх = 12 мм. Ходовой винт, взаимодействуя с разъёмной маточной гайкой, тянет суппорт с резцом строго в такт вращению заготовки.

• Звено увеличения шага — даёт коэффициенты 1:2, 1:8, 1:32 для нарезания крупных резьб
• Трензель — меняет направление вращения ходового вала, переключая с правой резьбы на левую
• Гитара сменных колёс — состоит из шестерён K, L, M, N; меняется редко, при переходе к нестандартным шагам
• Коробка подач — имеет две рабочие цепи: для метрических и модульных резьб и для дюймовых и питчевых

Схема расположения органов управления токарным станком 16к20

Конструкторы 16К20 расположили органы управления так, что оператор редко меняет позицию у станка. Рукоятки 1 и 2 на передней бабке отвечают за выбор частоты вращения шпинделя: рукоятка 1 выбирает один из четырёх рядов, рукоятка 2 — конкретное значение внутри ряда. Итого 24 положения, из которых 22 — уникальные.

Резьбовые операции управляются рукоятками 3–7. Рукоятка 4 задаёт направление — правая или левая резьба. Рукоятка 6 определяет тип резьбы или режим механической подачи. Рукоятки 5 и 7 совместно устанавливают шаг по таблице. Рукоятка 3 включает звено увеличения шага и используется при нарезании многозаходных резьб для деления по заходам.

Перечень органов управления токарно-винторезным станком 16К20

Прежде чем выполнять нарезку, убедитесь, что вы понимаете назначение каждой рукоятки. Путаница здесь обходится дорого — испорченной деталью или поломкой инструмента.

• Рукоятка 1 — выбор ряда частот вращения шпинделя
• Рукоятка 2 — установка конкретной частоты вращения шпинделя
• Рукоятка 3 — переключение на нормальный или увеличенный шаг; деление заходов при многозаходных резьбах
• Рукоятка 4 — направление резьбы: правая или левая
• Рукоятка 5 — один из параметров выбора шага или подачи по таблице
• Рукоятка 6 — вид работ: тип нарезаемой резьбы или механическая подача
• Рукоятка 7 — второй параметр шага; отключение механизма коробки при работе напрямую через гитару
• Рукоятки 8 и 16 — управление фрикционной муфтой главного привода (дублируют друг друга)
• Рукоятка 15 — включение маточной гайки ходового винта
• Рукоятка 20 — управление механическими перемещениями каретки и поперечных салазок

Таблица резьб и подач токарно-винторезного станка 16к20

На шпиндельной бабке станка закреплена таблица резьб и подач — главный ориентир при настройке. Она охватывает все четыре типа резьб: метрические, дюймовые, модульные и питчевые. Использовать её просто: находите строку с нужным шагом, смотрите, какие положения рукояток 5, 6 и 7 соответствуют этому шагу, и выставляете их на станке.

Табличные значения шагов действительны только при стандартной комбинации сменных шестерён гитары. Для нарезания метрических и дюймовых резьб на стандартно настроенном станке 16К20 это соотношение:

(K/L)·(M/N) = (40/86)·(86/64)

Для нарезания модульных и питчевых резьб требуется другая комбинация. В этом случае устанавливают шестерни в соотношении (80/73)·(86/48) — и тогда все значения по соответствующей части таблицы становятся доступны.

Шестерни, поставляемые по особому заказу

Штатный набор сменных шестерён закрывает подавляющее большинство задач. Но иногда нужный шаг просто не попадает ни в одну строку таблицы. В таких случаях на помощь приходят шестерни, поставляемые по особому заказу.

Для нарезания нестандартных резьб через коробку подач используют колёса z = 66, z = 54, z = 52, z = 46. Если работа ведётся напрямую, минуя коробку, потребуются z = 60, z = 72, z = 54, z = 56, z = 80, а также специальная «дюймовая» шестерня z = 127 с модулем m = 1,5. Именно z = 127 незаменима при переводе дюймового шага в метрическую систему и обратно — без неё точное соотношение 25,4 мм/дюйм получить невозможно.

Инструкция по нарезанию резьб на станках моделей 16К20

С завода станок 16К20 выходит с установленными шестернями z = 40, z = 86, z = 64 и проставкой z = 36. Эта стандартная комбинация обеспечивает нарезание метрических и дюймовых резьб со значениями шагов из средней нижней части таблицы — того, что нужно в большинстве повседневных задач.

Порядок действий при настройке на резьбу по таблице:

1. Определить тип нарезаемой резьбы и установить рукоятку 6 в соответствующее положение
2. По таблице найти нужный шаг и выставить рукоятки 5 и 7
3. Рукояткой 4 задать направление: правая или левая резьба
4. Рукоятками 1 и 2 установить частоту вращения шпинделя под материал и диаметр заготовки
5. Убедиться в правильности комбинации сменных шестерён на гитаре
6. Включить маточную гайку рукояткой 15 и выполнить первый пробный проход

Практический пример. Нужно нарезать метрическую резьбу с шагом 2 мм. Рукоятка 6 — в положение «метрическая». Рукоятка 7 — в положение «1». Рукоятка 5 — в положение «С». Такое сочетание даст ровно 2 мм на оборот шпинделя. Казалось бы, три движения — но сделать их нужно все три, и ни одно не пропустить.

Нарезание резьб повышенной точности

Когда допуски на шаг особенно жёсткие и стандартная цепь через коробку подач не обеспечивает нужной точности, применяют прямое соединение шпинделя с ходовым винтом через гитару. Коробка подач при этом отключается рукояткой 7 (в нейтральное положение), а рукоятка 6 переводится на соответствующий тип резьбы.

Передаточное отношение сменных колёс гитары в этом случае рассчитывают по формуле:

(K/L)·(M/N) = t/8

где t — шаг нарезаемой резьбы в мм, 8 — шаг ходового винта станка (Pх = 12 мм / iконстанта). Из стандартного набора шестерён такой метод позволяет нарезать метрические резьбы повышенной точности с шагом t = 5, 10 и 12 мм. Погрешность при этом определяется только точностью самого ходового винта — а она у станков 16К20 весьма высока.

Нарезание многозаходных резьб

Многозаходная резьба — это несколько независимых витков, начинающихся в разных точках одного поперечного сечения. Ход такой резьбы равен произведению шага на число заходов. Именно ход — а не шаг — задаётся при настройке станка рукоятками 5 и 7.

Деление заходов на станке 16К20 выполняется по делительному кольцу на фланце шпинделя: 240 равномерных рисок по окружности. Алгоритм работы следующий:

1. Включить маточную гайку рукояткой 15, рукоятки 8 и 16 — в средние положения
2. Рукоятками 1 и 2 выбрать нужные обороты шпинделя, рукоятками 5 и 7 — ход резьбы (шаг умножить на число заходов)
3. Нарезать первую нитку резьбы на полную глубину
4. Рукоятку 3 перевести в положение расцепления шпинделя — это отключает шпиндель от кинематической цепи, не затрагивая ходовой винт
5. Повернуть фланец шпинделя вручную на нужное количество рисок делительного кольца: 2 захода — 120 рисок, 3 захода — 80, 4 захода — 60
6. Вернуть рукоятку 3 в рабочее положение и нарезать следующую нитку

Резьбонарезание на токарно-винторезном станке 16К20

Резьбонарезание на токарно-винторезном станке 16К20 использует единую замкнутую кинематическую цепь: шпиндель — гитара — коробка подач — ходовой винт — суппорт с резцом. Шпиндель — начальное звено этой цепи. Ходовой винт — конечное. Разъёмная маточная гайка замыкает или размыкает цепь между ходовым винтом и суппортом.

От соотношения шага нарезаемой резьбы к шагу ходового винта зависит весь алгоритм работы. Если это соотношение целое — резьба чётная, маточную гайку можно размыкать после каждого прохода. Если дробное — резьба нечётная, и гайку не размыкают ни разу до конца работы. Это не каприз технологии — это условие точного попадания резца в уже нарезанную канавку.

• Чётная резьба — отношение шагов целое: маточная гайка размыкается свободно
• Нечётная резьба — отношение шагов дробное: гайка остаётся включённой, резец отводят поперечно, суппорт возвращают обратным ходом

Наладка станка 16к20 на нарезание резьбы

Рассмотрим полный пример наладки станка на нарезание нестандартной резьбы. Исходные данные: метрическая резьба с шагом Pн = 5,5 мм, заготовка из конструкционной стали диаметром D = 40 мм, инструмент — быстрорежущий резьбовой резец, скорость резания v = 0,33 м/с.

1. Расчёт оборотов шпинделя: n = 1000 · 60 · 0,33 / (3,14 · 40) = 159 мин⁻¹. Принимаем ближайшее табличное значение — 160 мин⁻¹
2. Проверяем шаг 5,5 мм по таблице станка — такого значения нет. Работаем через расчёт сменных шестерён
3. Выбираем ближайшее табличное значение Pт = 6 мм и рассчитываем поправочный коэффициент для гитары: (K/L)·(M/N) = (5,5/6) · (стандартная пара) → K = 50, L = 80, M = 66, N = 72
4. Проверяем условия сцепляемости: K + L ≥ N + 15 мм, K + L + M ≥ 260 мм — оба условия выполнены
5. Устанавливаем шестерни на гитару, коробку подач настраиваем на Pт = 6 мм
6. Запускаем пробный проход с малой глубиной резания, проверяем шаг резьбомером

Приёмы нарезания резьбы резцами

После всех настроек — заготовка закреплена, резьбовой резец выставлен по шаблону строго по центру детали, станок проверен — можно начинать. Первый проход всегда делают с минимальным врезанием, получая тонкую риску на металле. Шаг этой риски проверяют штангенциркулем или резьбомером. Убедились, что всё верно — углубляют резец на рабочую величину.

Два основных способа работы зависят от шага резьбы.

При шаге до 2 мм резец устанавливают перпендикулярно оси детали. Подача — только поперечная, обе режущие кромки работают симметрично. Глубина за проход — 0,05–0,2 мм. Черновые проходы дают шероховатую поверхность из-за столкновения стружек от двух кромок, чистовые — гладкую. Всё предсказуемо и контролируемо.

При шаге свыше 2 мм верхнюю часть суппорта разворачивают на половину угла профиля резьбы. Врезание идёт боковым смещением верхних салазок, режет преимущественно одна левая кромка. Правая только зачищает. Этот способ снижает нагрузку на резец и уменьшает вибрацию. Финальные проходы для точности всегда выполняют по первому способу.

Что ещё важно не забыть при работе:

• Канавка для выхода резца — глубиной чуть больше глубины резьбы, шириной 2–3 шага; без неё резец неизбежно ломается при подходе к уступу
• Охлаждение — эмульсия или сульфофрезол для стали, керосин или сухой рез для чугуна; без охлаждения резец на стали быстро теряет стойкость
• Задний угол резца должен превышать угол подъёма резьбы, иначе задняя поверхность трётся о нарезанный профиль
• Режущие кромки — строго прямолинейны, без зазубрин; любой дефект заточки копируется на профиль резьбы
• При нарезании левой резьбы суппорт движется от передней бабки к задней; не перепутайте направление подачи

Для высокопроизводительного нарезания резьбы на токарных станках применяют вихревой метод. Резцовую головку с несколькими резцами устанавливают на суппорте эксцентрично относительно заготовки и разгоняют до 1000–3000 об/мин от отдельного привода. Каждый резец контактирует с металлом лишь малую долю оборота, снимая короткую стружку. Производительность по сравнению с обычным нарезанием возрастает в несколько раз, а инструмент изнашивается значительно медленнее.