Типы резьбы при обработке на станках с ЧПУ: руководство для инженеров

Резьба — это фундаментальная особенность обработки на станках с ЧПУ, позволяющая собирать механические детали с точностью и прочностью. Независимо от того, проектируете ли вы компоненты, требующие болтов, винтов или трубных соединений, выбор правильного типа резьбы и его точное обозначение могут создать или разрушить ваш конечный продукт.

В этом руководстве представлен всесторонний обзор различных типов резьбы, способов их указания в технических чертежах, а также практические советы по производству, которые позволят избежать задержек и обеспечить высокое качество результатов.

Что такое поток?

Резьба — это спиральная канавка, которая огибает круглый вал или внутри круглого отверстия. Резьба на болте или винте формируется путем нарезания или прокатки ряда гребней, которые обвивают деталь. Соответствующая резьба в отверстии (например, в гайке или в детали машины) фиксируется вокруг этих гребней.

Нити используются уже тысячи лет, даже если большинство из нас не замечает их каждый день. Мы полагаемся на нити всякий раз, когда закручиваем крышку банки, закрепляем колесо на оси автомобиля или настраиваем фокус в очках для чтения. В каждом случае нить предлагает надежный способ закрепить, запечатать или переместить детали.

Ключевые параметры при проектировании резьбы

Прежде чем углубляться в конкретные типы резьбы, важно понять основные геометрические характеристики, которые определяют резьбу винта. Эти характеристики влияют на то, как резьба подходит и функционирует в различных механических системах.

1. Большой диаметр (наружный диаметр)

Наружный диаметр — это самая широкая часть резьбы, измеряемая от вершины до вершины. Он определяет общий размер резьбы и обычно используется при указании крепежных деталей. Для наружной резьбы (например, болтов) его можно измерить штангенциркулем.

2. Малый диаметр (внутренний диаметр)

Малый диаметр — это наименьший диаметр, измеряемый от корня до корня. Он имеет решающее значение для оценки прочности резьбы, особенно в приложениях с растягивающей нагрузкой.

3. Диаметр шага (эффективный диаметр)

Диаметр шага — это воображаемый диаметр, где толщина резьбы равна расстоянию между витками. Он необходим для определения того, насколько плотно два резьбовых компонента будут прилегать друг к другу. Это значение невозможно измерить напрямую без специальных калибров.

4. шаг

Шаг относится к расстоянию между двумя соответствующими точками на соседних витках резьбы, измеренному вдоль оси винта. Мелкие резьбы часто используются в точных приложениях, в то время как крупные резьбы лучше подходят для общего назначения.

5. Свинец

Шаг — это расстояние, на которое продвигается резьба за один полный оборот. В однозаходной резьбе шаг и шаг одинаковы. В многозаходной резьбе шаг кратен шагу, что позволяет быстрее двигаться за один оборот.

6. Угол резьбы

Это угол, образованный между боковыми сторонами резьбы. Различные профили резьбы используют разные углы, например, 60° для метрической резьбы или 55° для британской резьбы.

7. Форма зуба

Форма зуба определяет форму резьбы — обычно треугольную, квадратную или трапециевидную. Форма напрямую влияет на прочность и эффективность резьбы.

Внешняя и внутренняя резьба

Прежде чем углубляться в типы резьбы, важно различать наружную резьбу (например, болты, шпильки) и внутреннюю резьбу (например, резьбовые отверстия в гайках или деталях). Внешняя резьба формируется на внешней стороне вала или стержня, в то время как внутренняя резьба нарезается в отверстии. Важно правильно указать их в чертежах САПР — путаница может привести к серьезным производственным проблемам.

Распространенные типы резьб, используемые при обработке на станках с ЧПУ

Инженеры используют различные формы резьбы в зависимости от региона, отрасли и требований конструкции.

Метрическая (ISO) резьба

Метрическая резьба соответствует системе Международной организации по стандартизации (ISO). Метрическая резьба использует букву «M», за которой следует номинальный диаметр в миллиметрах (например, M8, M10, M12). Шаг резьбы указывается в миллиметрах после знака «×», если это не стандартный шаг.

• Примеры стандартных питчей:
  • M6 × 1.0 (номинальный диаметр 6 мм, шаг 1.0 мм)
  • M10 × 1.5 (номинальный диаметр 10 мм, шаг 1.5 мм)
• Примеры тонкой тональности:
  • M8 × 1.25 (диаметр 8 мм, шаг 1.25 мм)
  • M12 × 1.0 (диаметр 12 мм, шаг 1.0 мм)

Метрическая резьба является наиболее распространенным типом, используемым во всем мире. Болт или гайка с маркировкой «M10 × 1.5 – 6g» обозначает стандартную метрическую резьбу с классом допуска 6g (внешний) и шагом 1.5 мм. Проектировщики обычно полагаются на ISO 965-1 для классов допуска, где 6H является значением по умолчанию для внутренней резьбы и 6g для внешней резьбы.

Унифицированные потоки (UNC, UNF, UNEF, UNS)

Унифицированные резьбы следуют дюймовой системе, признанной в Северной Америке и во многих международных отраслях. Унифицированная система использует базовые серии UNC (крупная), UNF (мелкая), UNEF (сверхмелкая) и UNS (специальная).

• UNC (грубая): Быстрые резьбы общего назначения, более устойчивые к небольшим повреждениям. Пример: 1/4″-20 UNC (номинальный диаметр ¼ дюйма, 20 ниток на дюйм).
• UNF (тонкий): Более жесткие допуски резьбы с более глубоким внутренним диаметром для лучшей усталостной прочности и лучшего удержания при вибрации. Пример: 1/4″-28 UNF.
• UNEF (сверхтонкий): Еще более мелкий шаг резьбы для небольших, точных сборок или там, где тонкие материалы требуют малых малых диаметров. Пример: 10-32 UNEF.
• УНС (специальный): Используется для специальных применений, требующих нестандартного шага, глубины или допусков.

Унифицированные резьбы используют угол наклона профиля 60°, как и метрические резьбы ISO. Стандартные классы допуска: 2A/2B (средний), 3A/3B (тугой) и 1A/1B (свободный). Буква «A» обозначает внешнюю резьбу, а «B» — внутреннюю. Если класс не указан, в большинстве случаев предполагается 2A или 2B.

Трубная резьба (NPT, NPTF, BSP, BSPP)

Трубопроводы и системы транспортировки жидкостей нуждаются в резьбе, которая герметизирует жидкости. Стандартные крепежи протекают под давлением, но трубная резьба использует конические или параллельные формы, которые сжимаются и герметизируют при затягивании.

1. NPT (национальная коническая труба): Резьба NPT сужается в соотношении 1:16. Прямая резьба сама по себе не может герметизировать. При затягивании конические поверхности прижимаются друг к другу и герметизируются резьбовым герметиком или лентой.
2. NPTF (Топливо с конической трубкой National Pipe): NPTF — это вариант NPT с сухим уплотнением. Он использует узкие допуски для уплотнения без дополнительной ленты или герметика.
3. BSP (Британский стандарт трубной параллельной резьбы): Резьба BSPP параллельна. Фитингу необходимо уплотнительное кольцо или Шайба чтобы запечатать.
4. BSPP (Британская стандартная трубная параллель): Резьба параллельна — она не сужается. Мягкая уплотнительная шайба или уплотнительное кольцо обычно используются на лицевой стороне фитинга или фланца для создания герметичного уплотнения.

Трубная резьба появляется на сантехнических соединениях, гидравлических фитингах и пневматических системах. Если чертеж требует трубной резьбы, проектировщик должен указать стандарт (NPT, NPTF, BSP, BSPT) и размер (например, «1/2 NPTF»). Если чертеж не содержит подробностей, поставщик может выбрать неправильный стандарт, что приведет к утечкам или несоответствиям.

ACME темы

Резьба ACME имеет трапециевидную форму с углом наклона профиля 29°. Она обеспечивает более высокую прочность и меньшее трение, чем резьба V-образной формы при высоких нагрузках. Обычное применение:

• Ходовые винты во фрезерных станках, токарных станках и станках с ЧПУ.
• Тяжелые приводы и винтовые домкраты.

Большинство винтов ACME имеют один или несколько заходов. Двухзаходный винт ACME продвигается в два раза дальше за один оборот, чем однозаходный винт ACME с тем же шагом. Типичные серии резьбы ACME включают:

• **2G или 2V (общего назначения, грубый)
• 3G или 3V (жесткий допуск, мельче)
• 4G (Точность)
• 8G или 8V (более экономичная альтернатива)**

При необходимости проектировщики должны указать серию ACME, шаг, класс допуска и покрытие.

Квадратные нити

Квадратные резьбы имеют вертикальные стороны и угол наклона профиля 0°. Они обеспечивают наименьшее трение и наивысшую эффективность среди обычных форм резьбы. Конструкторы используют квадратные резьбы, когда точность передачи мощности и высокая эффективность имеют наибольшее значение, например:

• Прессы для машин
• Высокоточные приводы
• Большие альтернативы шарико-винтовым передачам в ранних машинах

Квадратную резьбу сложнее нарезать и проверять, чем ACME, поэтому ее применение ограничено случаями очень высоких нагрузок или высокой эффективности.

Британские стандартные резьбы (BSW, BSF)

Резьба British Standard появилась раньше Unified system. Она использует угол профиля 55°. Распространенные разновидности включают:

• BSW (британский стандарт Уитворта): крупная резьба, подходящая для общей сборки.
• BSF (Британский стандарт качества): более тонкая резьба для деталей, требующих большего количества ниток на дюйм.

Несмотря на то, что это старые стандарты, вы все еще можете найти фитинги BSW и BSF на старинных автомобилях и определенном промышленном оборудовании. Если только деталь не должна взаимодействовать с устаревшими системами, большинство разработчиков используют либо метрическую, либо унифицированную резьбу, поскольку старые британские стандарты сложнее найти.

Контрфорсные резьбы

Упорные резьбы напоминают квадратные резьбы на одной стороне и угловые резьбы на другой. Угловая сторона обычно имеет 45° прилежащий угол. Проектировщики используют упорные резьбы для однонаправленных нагрузок, например:

• Гидравлические домкраты высокой грузоподъемности
• Большие промышленные прессы
• Винтовые зажимы с большими осевыми нагрузками в одном направлении

Благодаря сочетанию одной вертикальной и одной наклонной стороны, упорная резьба эффективно противостоит осевым силам, при этом ее легче обрабатывать, чем квадратную резьбу.

Кулачковые нити

Круглые резьбы имеют закругленные вершины и впадины и относительно пологие углы. Они используются для:

• Приложения, требующие быстрого включения и выключения.
• Электрические соединения или деликатные фитинги, где V-образная резьба может легко соскочить.

В некоторых отраслях промышленности кулачковую резьбу также называют «шариковой резьбой» или «круглой резьбой». Она обеспечивает хорошую очистку от грязи в суровых условиях, поскольку мусор не может заблокировать округлый корень так же легко, как V-образная резьба.

Многозаходные потоки

Многозаходные резьбы имеют две или более отдельных спиралей резьбы, работающих параллельно. Проектировщики выбирают многозаходные резьбы в приложениях, где требуется быстрое зацепление или быстрое осевое движение. К распространенным вариантам применения относятся:

• Штативы для фотокамер с быстрой фиксацией, ножки которых можно раздвинуть несколькими поворотами ручки.
• Большие стяжные муфты или ходовые винты в регулируемых креплениях.

В двухзаходной резьбе каждый выступ резьбы смещен на 180° вокруг цилиндра. Такое расположение удваивает шаг на каждый оборот гайки по сравнению с однозаходной резьбой с тем же шагом.

Червячные нити

Червячная резьба используется на червячных передачах, а не на простых винтах. Она соединяется с червячными колесами, чтобы обеспечить высокие передаточные числа. Она не является крепежной резьбой, а вместо этого является частью зубчатой ​​передачи.

Продавец (SAT) Темы

Резьба продавца, также называемая резьбой продавца, следует профилю 60° с плоскими корнями. Когда-то она была распространена в Соединенных Штатах, пока ее не заменили UNC/UNF. Если вы унаследовали старое оборудование, вы все еще можете увидеть резьбу продавца.

«V»-образные нити

Форма «V» — классический профиль резьбы 60°, используемый в метрических и унифицированных резьбах ISO. Он обеспечивает баланс прочности, простоты нарезания и совместимости с массовым производством.

Как выбрать правильный тип нити

Выбор правильного типа резьбы зависит от материала, условий нагрузки и требований к производительности. Вот несколько советов:

• Соответствие типа нити материалу: Некоторые нити лучше подходят для металлов, а другие — для пластика или мягких материалов.
• Проверить шаг резьбы: Тонкая резьба обеспечивает точность, а крупная резьба обеспечивает лучшее сцепление и устойчивость к срыву.
• Поймите свои потребности в герметизации: Используйте коническую резьбу для герметичных или водонепроницаемых уплотнений и прямую резьбу, когда достаточно механической посадки.
• Рассмотрите метод производства: Некоторые виды резьбы, например, квадратная или трапециевидная, требуют специального инструмента или процессов, таких как прокатка или литье.

Нужна помощь в изготовлении резьбовых деталей с ЧПУ? BOYI TECHNOLOGY предлагает профессиональную Обработка с ЧПУ с глобальными вариантами поиска и мгновенной сметой. Загрузите свой файл CAD сегодня, чтобы получить бесплатную мгновенную смету.

Советы по проектированию резьбы для удобства производства

• Придерживайтесь отраслевых стандартов: Придерживайтесь резьбы UN (UNC/UNF) и метрической (M), если только ваше приложение не требует чего-то специального. Стандартная резьба улучшает возможности снабжения и снижает производственные затраты.
• Укажите глубину резьбы для глухих отверстий: Всегда указывайте точную глубину; в противном случае возможны задержки в производстве.
• Используйте стандартные размеры сверл.: Изготовление сверл по индивидуальному заказу увеличивает стоимость и время выполнения заказа.
• Четко различайте наружную и внутреннюю резьбу на чертежах.: Используйте заглавные буквы для внутренних адресов (6H), строчные буквы для внешних адресов (6g).
• Выберите подходящий класс: Посадки среднего класса (6H внутренняя/6g внешняя метрическая, 2A/2B унифицированная) обеспечивают баланс технологичности и производительности.
• Избегайте чрезмерной инженерии: Если нет необходимости, избегайте сложных резьб, таких как UNEF, ACME или многозаходных, если только это не требуется для вашей функции детали. Более простые резьбы быстрее, дешевле и их легче проверить.
• Будьте осторожны с размерами отверстий: Несоответствие размеров отверстий и резьбы приводит к путанице и задержкам.
• Учитывайте длину резьбового зацепления: Более длительное взаимодействие увеличивает прочность, но увеличивает затраты времени и средств.

Практические производственные заметки

• Региональные предпочтения: Метрическая резьба доминирует во всем мире, за исключением США, где преобладает унифицированная резьба.
• Трубная резьба требует особого внимания.: Они часто герметизируют жидкости за счет конусности, а не посадки, поэтому следуйте определенным стандартам.

Слепые отверстия против сквозных отверстий

При нарезании резьбы в детали обязательно определите, является ли отверстие глухим (не проходит через деталь) или сквозным (полностью проходит через нее).

• Глухие отверстия требуют четко определенной глубины резьбы.
• Сквозные отверстия прорезаны через всю стенку детали, что обычно упрощает процесс.

Неполные характеристики резьбы, особенно отсутствие значений глубины в глухих отверстиях, являются распространенной причиной задержек в производстве.

Как отмечать нити на технических чертежах

Инженеры должны предоставлять ясную, недвусмысленную информацию, когда они размещают резьбу на чертежах. Каждая деталь помогает машинисту выбрать правильный инструмент, избежать ошибок и сохранить качество. Самые большие ошибки происходят, когда чертеж пропускает или неправильно маркирует ключевой параметр. Следующие рекомендации помогают создавать полные чертежи.

1. Отметьте вид, который четко показывает поток

Выберите вид чертежа, который показывает полную форму отверстия или стержня. Для внутренней резьбы в глухом отверстии нанесите размеры на разрез или вид сечения, чтобы оператор мог видеть глубину отверстия. Для внешней резьбы на валу или болте покажите всю длину резьбы на главном виде или на увеличенном детальном виде.

2. Укажите серию, размер и шаг

Каждая заметка в теме должна включать:

• Серии (например, M, UNC, UNF, NPT)
• Номинальный диаметр (например, 10 мм, 1/4 дюйма)
• Шаг или TPI (например, 1.5 мм, 20 TPI)

Например, внутренняя метрическая резьба:

• М10 × 1.5

В этой заметке указано, что машинист должен нарезать метрическую резьбу с внешним диаметром 10 мм и шагом 1.5 мм. Если на чертеже указано просто «M10», то машинист использует общепринятый стандартный шаг для резьбы M10 (1.5 мм), если не указано иное.

Для унифицированного внешнего потока:

• 1 / 4-20 UNC

Механик определяет это как основной диаметр 0.250 дюйма, 20 ниток на дюйм, крупная резьба.

3. Показать соответствие или допуск класса

Проектировщики используют классовые посадки для контроля того, насколько плотной или свободной должна быть резьбовая посадка. Если приложение требует стандартной посадки, чертежи часто не включают классовую посадку. Производители предполагают среднюю посадку по умолчанию:

• Метрическая резьба: 6H для внутренней, 6g для внешней
• Унифицированные резьбы: 2B для внутренней, 2A для внешней

Если необходима более плотная посадка или специальный допуск, на чертеже это должно быть четко указано. Пример:

• М10 × 1.5 – 6Н × 6г

Это примечание означает, что как внутренняя резьба отверстия (допуск 6H), так и ответный болт (допуск 6g) должны соответствовать средней посадке. Механик выберет метчики и плашки, маркированные для 6H/6g.

Для унифицированной резьбы с указанной посадкой:

• 1/4-20 UNC-2B

Здесь 2B означает средний внутренний класс посадки, который работает с внешним болтом 2A. Сборки, работающие под высоким напряжением или вибрацией, могут потребовать 3A/3B для уменьшения люфта и сопротивления ослаблению.

4. Отметьте глубину резьбы (глухие отверстия)

Глухие отверстия требуют четкого обозначения глубины. Если вы пишете «M8 × 1.25 THRU», то станочники знают, что нужно полностью прорезать отверстие через деталь. Если вы пишете «M8 × 1.25 × 12H», то они знают, что нужно прекратить нарезать резьбу глубиной 12 мм. Используйте букву «H» после числа, чтобы показать, что глубина относится к резьбе, а не к общей глубине отверстия.

Пример для слепого врага:

• M8 × 1.25 × 15 ДП ПРАВ.

В этой заметке указано, что механик должен вырезать глухое отверстие глубиной 15 мм с внешним диаметром 8 мм, шагом 1.25 мм и правой резьбой. Если вы забудете «× 15 DP», механик может вырезать стандартное глухое отверстие, которое не сможет полностью принять болт, или оно может войти слишком глубоко и сломать метчик.

5. Укажите направление резьбы (если не стандартное)

Всякий раз, когда резьба отличается от стандартной правой формы, вы должны это отметить напрямую. Используйте «LH» для обозначения левой резьбы. Многие муфты, контргайки или вращающиеся валы могут использовать левую резьбу для предотвращения непреднамеренного ослабления. Пример:

• М12 × 1.75 ЛХ

Эта резьба затягивается против часовой стрелки. Если вы не укажете «LH», то машинисты нарежут правую резьбу.

Загружаемые таблицы размеров нитей

Используйте следующие стандартные таблицы резьбы для быстрого определения совместимых размеров сверл:

Заключение

Понимание типов резьбы и того, как правильно ее проектировать, может значительно улучшить технологичность и сборку деталей, обработанных на станках с ЧПУ. Придерживайтесь стандартов, будьте понятны в своих обозначениях и всегда дважды проверяйте размеры отверстий по спецификациям резьбы.

At БОЙИ ТЕХНОЛОГИИ, мы специализируемся на услугах высокоточной обработки на станках с ЧПУ. Загрузите свой файл САПР сегодня для бесплатной мгновенной оценки стоимости, и мы поможем вам воплотить ваши проекты в жизнь — точно и эффективно.