Cykly pro řezání závitů na CNC strojích – programy a režimy pro řezání závitů závitníkem na soustruhu

Pro provádění v nesériové výrobě se používají univerzální šroubořezné soustruhy. Pracují s obrobky ve formě rotačních těles a malých dílů asymetrického tvaru, které lze namontovat na čelní desku stroje. V ostatních případech se závity získávají frézováním, válcováním a jinými metodami.

Řezání závitů na soustruhu

Pro tváření závitů na soustruhu se používají řezné nástroje, jejichž vrchol se pohybuje konstantní rychlostí podél osy rotujícího obrobku. V tomto případě se na jeho povrchu vytvoří spirálová čára. Sklon šroubovice k rovině kolmé na středovou osu obrobku závisí na poměru rychlosti otáčení vřetena a rychlosti pohybu nástroje a je indikován úhlem šroubovice. Vzdálenost mezi dvěma sousedními identickými prvky závitu, měřená podél osy, se nazývá stoupání závitu.

Když se nástroj zahloubí do obrobku podél šroubovice, vytvoří se povrch se stejným tvarem jako na horní straně nástroje. Profil závitu se nazývá obrys úseku závitu v rovině procházející jeho osou otáčení. V závislosti na profilu se závity dělí na trojúhelníkové, lichoběžníkové, obdélníkové a kulaté, které se používají velmi zřídka. Závit s obdélníkovým profilem je perzistentní. Používá se pro závitové páry pracující pod značným zatížením.

Podle tvaru základní plochy se závity dělí na válcové a kuželové. Kuželové závity se používají v olejových, vodních, palivových a vzduchových systémech. Tam, kde je vyžadováno těsné spojení. Podle typu základní plochy lze závity rozdělit na vnější a vnitřní.

Směr rozlišuje mezi levým a pravým závitem. Pravý závit se utahuje při otáčení ve směru hodinových ručiček a levý závit se utahuje proti směru hodinových ručiček. V závislosti na počtu vláken existují vlákna s jedním a více začátkem. Vícechodé závity umožňují ujet větší vzdálenost za jednu otáčku. Počet průchodů lze určit pohledem na konec dílu. V závislosti na jednotkách měření se rozlišují metrové a palcové závity.

Řezání závitů frézami

Pro vnitřní závity se kromě fréz se používají závitníky a matrice. Závitník je nástroj v podobě závitové tyče z kalené oceli. Na povrchu tyče podél její osy jsou vyfrézované drážky, díky kterým má závit řezné hrany. Ocasní část závitníku má čtvercový průřez, což umožňuje jeho zajištění ve sklíčidle nebo unášeči.

Řezání vnitřního závitu

Existuje mnoho různých závitníků, běžnější jsou ruční a strojní závitníky. Pro řezání závitu pomocí závitníku se díl upevní na stroj, vyvrtá se do něj otvor a vřeteno se nastaví na požadovaný počet otáček. Závitník nainstalovaný v koníku se pohybem pinoly zasune do otvoru a díl se otáčí.

Při řezání závitů dochází nejen k rozřezání kovu na třísky, ale také k plastické deformaci v důsledku pronikání nástroje. Zvětší se i vnitřní průměr otvoru. S přihlédnutím k této vlastnosti se průměr závitového otvoru vypočítá odečtením stoupání závitu od vnějšího průměru závitníku.

Řezání kuželových závitů

Z kuželových závitů je nejpoužívanější standardní, který má profil symetrický vzhledem k normále k ose kužele. K řezání takových závitů se používají stejné metody jako u běžných válcových závitů.

Na revolverových soustruzích se kuželové závity řežou pomocí matric. Pokud je potřeba získat vysoce přesné závity, pak se používají závitovací hlavy s matricemi různých tvarů. Během operace se matrice automaticky oddálí.

Také pro kuželové závity se používají válcovací válečky, které umožňují válcování závitů. Pro vnitřní kuželové závity se používají speciálně navržené závitníky.

Nastavení soustruhu pro řezání závitů

Pro provádění soustružení závitů se zadanými parametry je nutné stroj doladit. V první řadě je potřeba propojit otáčení vřetena s pohybem třmenu. Podélný posuv na otáčku vřetena se musí rovnat stoupání závitu.

Šroubořezné soustruhy umožňují nastavit posuv frézy zablokováním ozubených kol jejich posuvné kytary a posuvné skříně. Díky velkému množství kombinací spojky těchto kol můžete stroj nastavit na jakýkoliv řezaný závit.

Základní chyby při řezání závitů na CNC soustruhu

1. Řezání nefunguje (kontrolka startu svítí, ale nápravy se nepohybují). S největší pravděpodobností neexistuje žádná odezva na rychlost otáčení vřetena ze snímače nebo rotace vřetena nezačala.
2. Nedostává se do zatáček (přítomnost velké mechanické vůle, prokluzování snímače kodéru nebo jeho kinematiky).
3. Řeže závity s jiným stoupáním, než je zadané. Kontrolujeme cyklus řezání závitu, maximální rychlost posuvu při řezání závitu, práci v mm.

Všeobecné kontroly

• zkontrolujte program řezání závitů, vstup a výstup podle návodu k obsluze (text poskytnut pro analýzu)
• zkontrolujte poddajnost materiálu, frézy, otáčky vřetena, posuv, rozsah vřetena
• Stoupání závitu (mm) vynásobené počtem otáček vřetena (ot/min) nesmí překročit maximální osový řezný posuv (P1430). Je nutné snížit otáčky vřetena (problém nastává při řezání velkých závitů se stoupáním větším než 8-10 mm)
• zkontrolujte upevnění elektrických kabelů (konektorů) a samotných kabelů od kodéru k CNC
• zkontrolujte upevnění enkodéru na hlavě vřetena, spojku enkodéru, ozubené kolo na hřídeli enkodéru v hlavě vřetena
• zkontrolujte parametr a nastavenou hodnotu impulsů snímače vřetena na 1 otáčku. P3720=4096 impulsů
• Parametry jsou určeny pro CNC řady Fanuc 0i

Sedm z deseti dílů vyrobených na soustruzích obsahuje vnitřní nebo vnější závity. Proto by měl každý soustružník znát algoritmus pro řezání závitové drážky. Dále v textu se budeme zabývat nuancemi řezání závitů na CNC strojích. Tento článek odstraní mezery ve vašich znalostech nebo poslouží jako návod k akci pro začínajícího soustružníka.

Co se používá k řezání závitů na CNC strojích

Při soustružení se pro řezání závitů běžně používají následující řezné nástroje:

• Frézy pro vnější nebo vnitřní závitování, jejichž břit se shoduje s profilem závitové drážky. Frézy se používají pouze u CNC soustruhů. Tento nástroj nemá žádná omezení ohledně složitosti profilu závitu a zaručuje vysokou přesnost zpracování.
• Závitníky – umožňují řezání vnitřní závitové drážky. Pro zvýšení přesnosti musí mít závitníky ohebnou stopku, která kompenzuje chyby synchronizace. Závitníky se používají se soustružnickými, frézovacími a dokonce i vrtacími jednotkami. Nevýhodou nástroje jsou omezení průměru a stoupání, stejně jako složitost profilu závitu.
• Závitové čepele jsou nástrojem pro řezání drážek pro vnější závity. Používají se jako ruční nástroj a velmi zřídka při soustružení, spolu se speciálním vybavením.
• Závitové frézy jsou řezný nástroj podobný hybridu závitníku a vrtáku, používaný při frézování a společně s vrtacími jednotkami. Výhodami jsou nízká tendence ulpívání třísek na břitu, což zlepšuje kvalitu drážky, a také vysoká rychlost zpracování (v jednom cyklu dokáže vyřezat několik závitů najednou).

Řezání závitů jakéhokoli typu začíná výběrem nástroje. Obvykle soustružník nebo frézka pracuje s tím, co je k dispozici – frézou, závitníkem, matricou. Dále je třeba vybrat hlavní řezné režimy, na kterých bude pracovní program založen.

Výpočet hloubky řezu a rychlosti posuvu

Řezání závitů na jakémkoli stroji začíná určením hlavních řezných režimů – hloubky a rychlosti. V tomto případě se hloubka chápe jako podobný parametr drážky závitu. Pro výpočet tohoto režimu se používá jednoduchý vzorec:

Písmeno h v tomto vzorci označuje závit a hloubku řezu a písmeno P označuje stoupání drážky závitu. Vzorec platí pro nejběžnější typ závitu – metrický, s úhlem 60 stupňů v horní části profilu. Ve skutečnosti je hloubka získaná pomocí tohoto vzorce snížena o přídavek, který je ponechán pro dokončení drážky. Není obvyklé ubírat více než 2/3 h v jednom průchodu nástrojem.

Maximální rychlost posuvu se vypočítá pomocí vzorce:

Písmeno F v tomto případě označuje požadovanou rychlost, měřenou v milimetrech za minutu, a n jsou otáčky vřetena, které jsou určeny převodovkou CNC stroje. P je stejná stoupání závitu. Skutečná řezná rychlost může být nižší než mezní hodnota (F), protože je ovlivněna materiálem obrobku a vlastnostmi řezného nástroje.

Co se stane, když zvolíte špatnou hloubku a rychlost

Chyba při volbě hloubky a řezné rychlosti vede k neopravitelným vadám v drážce závitu. Závitník nebo závitník nesprávné velikosti vytvoří zubatou drážku. Chyba při výpočtu hloubky bude mít za následek neúplný profil závitu. Odchylka nástroje nebo obrobku od vypočítané polohy způsobí zkosení závitů. Příliš vysoká řezná rychlost povede k rýhování závitů a nadměrná hloubka povede k těsnému uložení při montáži závitového páru. Proto je lepší kontrolovat maximální hodnoty rychlosti a hloubky ručně, aniž byste důvěřovali i nejspolehlivějšímu programu. Poté už jen stačí zvolit způsob podávání řezného nástroje k obrobku.

Výběr metody posuvu nástroje

Produktivita procesu řezání závitů, stejně jako jeho kvalita, závisí na způsobu podávání řezného nástroje k obrobku. Většina jednotek s numerickým řízením používá následující režimy podávání nástroje:

• Axiální formát – fréza nebo závitová fréza se pohybuje podél osy otáčení obrobku a vyřezává drážku v jednom nebo více cyklech. Jedná se o standardní režim, který je vhodný pro metrické závity jakéhokoli průměru, ale vede k silnému opotřebení fréz a závitových nástrojů.
• Radiální formát – nástroj je podáván kolmo k ose otáčení součásti a provádí jednu nebo více otáček za cyklus. Tato metoda zaručuje co nejjednodušší program zpracování a umožňuje soustružení malých průměrů, ale také značně zatěžuje nástroj.
• Diferenciální metoda – nástroj je podáván pod úhlem k linii profilu závitu, což snižuje zatížení břitu a zlepšuje kvalitu zpracování. Tato metoda je vhodná pro řezání velkých průměrů, ale vyžaduje vysokou kvalifikaci nebo obsluhu.
• Kombinovaná metoda – v tomto případě se používá axiální a radiální technologie, střídání průchodů podél osy s řezáním pod kolmicí. Díky tomu je možné snížit zatížení nástroje a získat závitovou drážku s libovolným průměrem a stoupáním.

Dále v textu se budeme zabývat dvěma hlavními metodami řezání metrické drážky – zjednodušenou radiální a univerzální kombinovanou, s přehledem výhod a nevýhod každé technologie.

Radiální posuv

Technologie radiálního soustružení profilu závitu předpokládá striktně kolmou trajektorii břitu vzhledem k ose otáčení součásti. Cyklus soustružení spočívá v najíždění a vyjíždění frézy. Při každém najíždění se část hloubky drážky odřízne, dokud nástroj nedosáhne plného profilu. Tato technologie zvládne i nejmenší stoupání drážky, ale je vhodná pouze pro materiály s malou a střední třídou tvrdosti (mosaz, ocel, ale ne titan ani vysokolegované slitiny). Výhody metody:

• Snadné nastavení stroje a programování;
• Kompatibilní s většinou modelů soustruhů;
• Vnitřní a vnější soustružení.

Mezi nevýhody stojí za zmínku zvýšené zatížení břitu a také obtíže, které vznikají při soustružení drážky s velkým stoupáním.

Kombinované krmivo

Technologie kombinovaného soustružení odstraňuje veškerá omezení týkající se trajektorie frézy. Břit může vstupovat do součásti pod úhlem, kolmo nebo rovnoběžně s osou součásti. Takové soustružení vyrovnává zatížení břitu, což umožňuje obrábět nejtvrdší slitiny a řezat drážku s libovolnou hloubkou a stoupáním. Obvykle se asi 60 % hloubky provádí v radiálním režimu pomocí diferenciálního soustružení s velkým stoupáním. Následuje axiální cyklus, kdy se volí až 99 % hloubky profilu. V závěrečné fázi se použije radiální nebo axiální dokončování zbývajícího procenta, což zajišťuje vysokou kvalitu povrchu. Díky kombinovanému přístupu se zvyšuje životnost závitořezů a zvyšuje se přesnost hloubky a stoupání drážky. Jedinou nevýhodou je složitost vytváření programu pro stroj.

CNC závitovací cykly

Pro usnadnění programování procesu řezání drážek používají soustružníci standardní cykly, které řídí činnost vřetena a nástrojové konzole. Seznam nejběžnějších cyklických podprogramů zahrnuje:

• G32 – jednoprůchodový cyklus pro ne nejsložitější profil drážky;
• G76 – možnost řezání metrických nebo palcových závitů v několika krocích;
• G33 – program pro soustružení kuželových závitů;
• G92 je volitelná funkce pro zkušené operátory, která umožňuje ruční nastavení všech režimů soustružení.

Podívejme se na příklad vytvoření programu v syntaxi G76, který popisuje vytvoření metrického/palcového závitu. Základní vzorec se skládá ze dvou řádků:

1. G76 Pxxxxxx Qyyy Rzzz
2. G76 Xuuu Zvvv Pwww Qttt Fsss

V tomto případě první blok prvního řádku (Pxxxxxx) obsahuje úhel náběhu, počet průchodů a směr posuvu. Druhý blok prvního řádku (Qyyy) obsahuje minimální hloubku ponoru břitu a třetí blok (Rzzz) obsahuje přídavek na dokončení. První blok druhého řádku (Xuuu) udává průměr závitu, druhý blok (Zvvv) udává délku čepu, třetí (Pwww) označuje hloubku drážky, čtvrtý (Qttt) omezuje hloubku prvního průchodu a pátý (Fsss) je krok profilu. Pracovní příklad kódu: G76 P020060 Q100 R0.1 a G76 X8.5 Z-20 P900 Q200 F1.5, který umožňuje řezání profilu M10×1.5.