Черновая обработка на токарном станке

Черновая обработка на токарном станке

Приёмы обработки деталей
Этапы обработки

Детали на токарных станках изготавливаются из прутков самого разного сечения — круглые, шестигранные и так далее. Когда слой материала, который нужно снять при обработке, имеет значительную часть от объёма самой детали то, по возможности, используются заготовки в виде отливок или поковок.
Детали на токарных станках обрабатываются в несколько проходов. Сначала производится черновая обработка заготовки, при которой снимается значительный слой материала, а затем производится чистовая обработка детали. В зависимости от точности изготовления детали, черновая обработка (обдирка) может производиться на одном, более мощном и менее точном станке, а чистовая обработка на точном (прецизионном) станке.

Глубина резания, скорость резания.

При черновой обработке материалов следует учитывать скорость резания, которая при токарной обработке вычисляется по формуле:
Vc = (pi * Dm * n) / 1000
Где:
Vc — скорость резания (м/мин);
pi — число пи = 3,14;
Dm — максимальный диаметр заготовки (мм);
n — число оборотов шпинделя (об/мин).

Из формулы видно, что скорость резания возрастает с увеличением диаметра заготовки при неизменной частоте вращения шпинделя. Чем больше диаметр обрабатываемой детали, тем меньше должны быть обороты шпинделя. Так же важным фактором является твёрдость обрабатываемого материала и твёрдость резца. Это обстоятельство следует учитывать при токарной обработке. Так, например твёрдость углеродистых сталей и чугуна примерно одинаковы и колеблются в диапазоне 150 — 250 НВ. При обработке резцами из твёрдого сплава рекомендуемая скорость резания 100 — 200 м/мин. Из формулы вычисления скорости резания найдём число оборотов шпинделя:
n = (1000 * Vc) / pi * Dm

Примем диаметр заготовки 40 мм и скорость резания 100 м/мин. Тогда:

n = (1000 * 100) / 3,14 * 40 = 100000 / 126,6 = 789,9 об/мин.

Следует заметить, что это довольно высокая скорость вращения шпинделя и рассчитана для идеальных условий резания. Реально, при таких параметрах резания частота вращения шпинделя выбирается в пределах 450 — 740 об/мин.
При диаметре заготовки 200 мм, число оборотов шпинделя уменьшается до 160 об/мин.
Глубина резания мало влияет на скорость резания и выбирается из расчёта износостойкости резца, мощности приводного механизма шпинделя и отсутствия паразитных вибраций. При возникновении вибрации при черновой обработке материалов следует снижать скорость подачи режущего инструмента.

Контроль размеров

В процессе токарной обработки материалов следует контролировать как линейные, так и диаметральные размеры детали. При черновой и чистовой обработке наиболее часто используются штангенциркуль. Для контроля диаметральных размеров при чистовой обработке так же используется микрометр и мерные скобы.
Подробно об измерительных инструментах можно посмотреть здесь [откроется в отдельном окне].

Контроль диаметральных размеров.

Контроль линейных размеров.

Контроль линейных размеров глубиномером.

Контроль линейных размеров штангенциркулем не имеющего глубиномера.

Точение как способ обработки металла до нужной формы

Чтобы получить из металлической болванки черновую заготовку, а затем и необходимую деталь, используется такой тип обработки, как точение, наряду с некоторыми другими видами токарных операций.

1 Что такое точение – черновое и чистовое

Деревянные резные балясины, ножки столиков и стульев, металлические детали в узлах механизмов – все эти изделия сложной формы почти наверняка были изготовлены на токарном станке. Конечно, многие виды продукции из стали и других сплавов можно получить литьем, ковкой, штамповкой и фрезерованием, однако в большинстве случаев нужный результат обеспечивают при помощи простейшей операции, а именно – точения. Так называют любой вид обработки внешней торцевой или вращающейся поверхности посредством воздействия на нее лезвием резца. Применение режущего инструмента для внутренних поверхностей осуществляется в процессе растачивания.

Операции точения возможны только при вращении детали, закрепленной в кулачковом или цанговом механизме фиксирующего патрона и при значительной длине прижатой центром задней бабки. По большей части обработке подвергаются цилиндрические заготовки, за исключением случаев торцевого подрезания и растачивания отверстий, когда допускаются иные формы болванок, с закреплением их только в кулачковом патроне. Если передача вращения применяется на сам резец, это уже не точение, а фрезерование. Именно поэтому при расточке к внутренней поверхности вращающейся обрабатываемой детали подводится неподвижно закрепленный инструмент.

Черновое точение отличается от тонкого чистового силой воздействия лезвия резца на торцевую или цилиндрическую поверхность, а также скоростью вращения детали, что в итоге дает очень малое сечение образующейся стружки. Иными словами, обтачивание применяется для удаления мельчайших шероховатостей, а точение – для придания необходимой формы металлической или деревянной заготовке. При этом тонкая обработка осуществляется с минимальной глубиной погружения резца: до 0,3 миллиметра при первых проходах и до 0,05 миллиметров при завершающих.

2 Как происходит растачивание отверстий?

В токарных работах используется огромное количество разнообразных резцов, ряд которых необходим для расточных операций. При этом выбор инструмента для черновых проходов зависит от того, сквозное отверстие нужно обрабатывать или глухое. Отдельные резцы применяются для чистового растачивания, независимо от типа отверстия. Рассматриваемый вид токарной обработки деревянной или металлической заготовки осуществляется при закреплении последней в кулачковом патроне, без упора в центр задней бабки. Инструмент, зажатый в держателе, располагается по оси вращения заготовки, ею выполняют поступательное движение с постепенным отклонением от центра.

Как правило, растачивание отверстий осуществляется после сверления, однако в некоторых случаях необходимо произвести внутреннюю обработку канавок или пазов, сделанных на фрезерном станке. Каждый раз при этом происходит увеличение диаметра по всей глубине отверстия или на определенном его отрезке. Первый тип работ осуществляется проходным инструментом, а второй вариант имеет место при необходимости вытачивания внутренней канавки с помощью прорезного лезвия. Также с помощью расточного инструмента может быть выполнена обработка внутреннего торца глухого углубления, для чего используются подрезной резец.

Все инструменты, использующиеся при растачивании, имеют меньшую жесткость, чем резцы для наружных операций, вследствие чего скорость вращения детали следует понижать на 10-20 % в сравнении с внешними токарными работами. Также при обработке углублений существуют и другие подводные камни, требующие удвоенного внимания. В частности, очень трудно наблюдать за протеканием процесса, так как стружка снимается внутри отверстия. Еще одна сложность – необходимость выдвигать резец из держателя несколько дальше, чем требует глубина глухого отверстия, из-за чего обработка удаленных отрезков внутренней стенки может быть нарушена пружинящим инструментом.

3 Подрезание металла – поэтапный обзор операции

Выше уже упоминался специальный подрезной инструмент для токарных работ, необходимый для обработки торцевых поверхностей, а также уступов, как внешних, так и внутренних, расположенных в углублении. Перечисленные операции выполняются движением резца вдоль оси вращения, от центра к краю торца. Лезвие подрезного инструмента обычно имеет две заточенные кромки: длинную, которая располагается под небольшим углом к обрабатываемой поверхности, и короткую, отклоненную на 15-20 градусов от оси вращения заготовки.

Однако помимо вышеназванного резца существуют и другие, например, упорный и отогнутый, причем второй бывает проходным. Заточка обоих вариантов несколько отличается от описанной ранее. Упорный тип удобен тем, что им можно выполнять операции с продольной и поперечной подачей. В тех же случаях, когда подрезание выполняется в непосредственной близости от патрона, а также при обработке труднодоступных уступов в отверстиях, возникает необходимость в отогнутых резцах, в том числе и проходных. Последними обычно работают с поперечной подачей.

Примечательно, что все операции на торцах можно выполнять не только зажатием в кулачках, но и при фиксации заготовки с упором в центр задней бабки. Правда, в этом случае рекомендуется применять так называемый «полуцентр», на треть толщины которого по всей длине отсутствует сегмент. Таким образом, обеспечивается возможность обрабатывать весь торец от края к центру подрезным лезвием. При работе с торцом зажатой в патроне детали лучше действовать проходным отогнутым инструментом.

4 Тонкое обтачивание различных поверхностей

Процесс обтачивания, по сути, является аналогом тонкого чистового точения, о котором говорилось выше. Выполняется эта операция при высокой частоте вращения заготовки, от 1500 до 2000 оборотов в минуту. При этом подача резца выполняется на шаг, не превышающий 0,6 ширины режущей кромки на один оборот детали. Следует отметить, что лезвие инструмента обычно применяется широкое, располагается оно параллельно обрабатываемой поверхности. При минимальной глубине резания после обтачивания не требуется шлифование металла, поскольку все шероховатости снимаются при чистовых проходах.

Режущая кромка инструмента должна обладать высокой прочностью, лезвия выполняются из твердых сплавов, а также снабжаются алмазными и эльборовыми вставками.

Как правило, операции обтачивания применяются для цветных металлов, а также их сплавов, значительно реже им подвергаются заготовки из стали и чугуна. Скорости вращения для каждого вида металла выбираются разные. В частности, для чугуна необходима скорость 100-150 метров в минуту, стальные детали обтачиваются при частоте оборотов 150-250 метров в минуту, а цветные металлы и их сплавы обрабатываются при вращении кулачкового патрона от 1000 метров в минуту.

Точение как способ обработки металла до нужной формы

Чтобы получить из металлической болванки черновую заготовку, а затем и необходимую деталь, используется такой тип обработки, как точение, наряду с некоторыми другими видами токарных операций.

1 Что такое точение – черновое и чистовое

Деревянные резные балясины, ножки столиков и стульев, металлические детали в узлах механизмов – все эти изделия сложной формы почти наверняка были изготовлены на токарном станке. Конечно, многие виды продукции из стали и других сплавов можно получить литьем, ковкой, штамповкой и фрезерованием, однако в большинстве случаев нужный результат обеспечивают при помощи простейшей операции, а именно – точения. Так называют любой вид обработки внешней торцевой или вращающейся поверхности посредством воздействия на нее лезвием резца. Применение режущего инструмента для внутренних поверхностей осуществляется в процессе растачивания.

Операции точения возможны только при вращении детали, закрепленной в кулачковом или цанговом механизме фиксирующего патрона и при значительной длине прижатой центром задней бабки. По большей части обработке подвергаются цилиндрические заготовки, за исключением случаев торцевого подрезания и растачивания отверстий, когда допускаются иные формы болванок, с закреплением их только в кулачковом патроне. Если передача вращения применяется на сам резец, это уже не точение, а фрезерование. Именно поэтому при расточке к внутренней поверхности вращающейся обрабатываемой детали подводится неподвижно закрепленный инструмент.

Черновое точение отличается от тонкого чистового силой воздействия лезвия резца на торцевую или цилиндрическую поверхность, а также скоростью вращения детали, что в итоге дает очень малое сечение образующейся стружки. Иными словами, обтачивание применяется для удаления мельчайших шероховатостей, а точение – для придания необходимой формы металлической или деревянной заготовке. При этом тонкая обработка осуществляется с минимальной глубиной погружения резца: до 0,3 миллиметра при первых проходах и до 0,05 миллиметров при завершающих.

2 Как происходит растачивание отверстий?

В токарных работах используется огромное количество разнообразных резцов, ряд которых необходим для расточных операций. При этом выбор инструмента для черновых проходов зависит от того, сквозное отверстие нужно обрабатывать или глухое. Отдельные резцы применяются для чистового растачивания, независимо от типа отверстия. Рассматриваемый вид токарной обработки деревянной или металлической заготовки осуществляется при закреплении последней в кулачковом патроне, без упора в центр задней бабки. Инструмент, зажатый в держателе, располагается по оси вращения заготовки, ею выполняют поступательное движение с постепенным отклонением от центра.

Как правило, растачивание отверстий осуществляется после сверления, однако в некоторых случаях необходимо произвести внутреннюю обработку канавок или пазов, сделанных на фрезерном станке. Каждый раз при этом происходит увеличение диаметра по всей глубине отверстия или на определенном его отрезке. Первый тип работ осуществляется проходным инструментом, а второй вариант имеет место при необходимости вытачивания внутренней канавки с помощью прорезного лезвия. Также с помощью расточного инструмента может быть выполнена обработка внутреннего торца глухого углубления, для чего используются подрезной резец.

Все инструменты, использующиеся при растачивании, имеют меньшую жесткость, чем резцы для наружных операций, вследствие чего скорость вращения детали следует понижать на 10-20 % в сравнении с внешними токарными работами. Также при обработке углублений существуют и другие подводные камни, требующие удвоенного внимания. В частности, очень трудно наблюдать за протеканием процесса, так как стружка снимается внутри отверстия. Еще одна сложность – необходимость выдвигать резец из держателя несколько дальше, чем требует глубина глухого отверстия, из-за чего обработка удаленных отрезков внутренней стенки может быть нарушена пружинящим инструментом.

3 Подрезание металла – поэтапный обзор операции

Выше уже упоминался специальный подрезной инструмент для токарных работ, необходимый для обработки торцевых поверхностей, а также уступов, как внешних, так и внутренних, расположенных в углублении. Перечисленные операции выполняются движением резца вдоль оси вращения, от центра к краю торца. Лезвие подрезного инструмента обычно имеет две заточенные кромки: длинную, которая располагается под небольшим углом к обрабатываемой поверхности, и короткую, отклоненную на 15-20 градусов от оси вращения заготовки.

Однако помимо вышеназванного резца существуют и другие, например, упорный и отогнутый, причем второй бывает проходным. Заточка обоих вариантов несколько отличается от описанной ранее. Упорный тип удобен тем, что им можно выполнять операции с продольной и поперечной подачей. В тех же случаях, когда подрезание выполняется в непосредственной близости от патрона, а также при обработке труднодоступных уступов в отверстиях, возникает необходимость в отогнутых резцах, в том числе и проходных. Последними обычно работают с поперечной подачей.

Примечательно, что все операции на торцах можно выполнять не только зажатием в кулачках, но и при фиксации заготовки с упором в центр задней бабки. Правда, в этом случае рекомендуется применять так называемый «полуцентр», на треть толщины которого по всей длине отсутствует сегмент. Таким образом, обеспечивается возможность обрабатывать весь торец от края к центру подрезным лезвием. При работе с торцом зажатой в патроне детали лучше действовать проходным отогнутым инструментом.

4 Тонкое обтачивание различных поверхностей

Процесс обтачивания, по сути, является аналогом тонкого чистового точения, о котором говорилось выше. Выполняется эта операция при высокой частоте вращения заготовки, от 1500 до 2000 оборотов в минуту. При этом подача резца выполняется на шаг, не превышающий 0,6 ширины режущей кромки на один оборот детали. Следует отметить, что лезвие инструмента обычно применяется широкое, располагается оно параллельно обрабатываемой поверхности. При минимальной глубине резания после обтачивания не требуется шлифование металла, поскольку все шероховатости снимаются при чистовых проходах.

Режущая кромка инструмента должна обладать высокой прочностью, лезвия выполняются из твердых сплавов, а также снабжаются алмазными и эльборовыми вставками.

Как правило, операции обтачивания применяются для цветных металлов, а также их сплавов, значительно реже им подвергаются заготовки из стали и чугуна. Скорости вращения для каждого вида металла выбираются разные. В частности, для чугуна необходима скорость 100-150 метров в минуту, стальные детали обтачиваются при частоте оборотов 150-250 метров в минуту, а цветные металлы и их сплавы обрабатываются при вращении кулачкового патрона от 1000 метров в минуту.

Токарная обработка металла — все о технологии токарных работ

К наиболее распространенным методикам изготовления деталей с заданными геометрическими параметрами относится токарная обработка металла. Суть данной методики, позволяющей также получать поверхность с требуемой шероховатостью, заключается в том, что с заготовки убирают лишний слой металла.

Процесс токарной обработки металла

Принципы токарной обработки

Технология токарных работ по металлу предполагает использование специальных станков и режущего инструмента (резцы, сверла, развертки и др.), посредством которого с детали снимается слой металла требуемой величины. Токарная обработка выполняется за счет сочетания двух движений: главного (вращение заготовки, закрепленной в патроне или планшайбе) и движения подачи, совершаемого инструментом при обработке деталей до заданных параметров их размера, формы и качества поверхности.

За счет того, что существует множество приемов совмещения этих движений, на токарном оборудовании работают с деталями различной конфигурации, а также осуществляют целый перечень других технологических операций, к которым относятся:

• нарезание резьбы различного типа;
• сверление отверстий, их растачивание, развертывание, зенкерование;
• отрезание части заготовки;
• вытачивание на поверхности изделия канавок различной конфигурации.

Основные виды токарных работ по металлу

Благодаря такой широкой функциональности токарного оборудования на нем можно сделать очень многое. Например, с его помощью выполняют обработку таких изделий, как:

• гайки;
• валы различных конфигураций;
• втулки;
• шкивы;
• кольца;
• муфты;
• зубчатые колеса.

Естественно, что токарная обработка предполагает получение готового изделия, которое соответствует определенным стандартам качества. Под качеством в данном случае подразумевается соблюдение требований к геометрическим размерам и форме деталей, а также степени шероховатости поверхностей и точности их взаимного расположения.

Для обеспечения контроля над качеством обработки на токарных станках применяют измерительные инструменты: на предприятиях, выпускающих свою продукцию крупными сериями, – предельные калибры; для условий единичного и мелкосерийного производства – штангенциркули, микрометры, нутрометры и другие измерительные устройства.

Измерительные инструменты, часто используемые в токарном деле

Первое, что рассматривают при обучении токарному делу, – это технология обработки металлов и принцип, по которому она осуществляется. Заключается этот принцип в том, что инструмент, врезаясь своей режущей кромкой в поверхность изделия, зажимает его. Чтобы снять слой металла, соответствующий величине такого врезания, инструменту надо преодолеть силы сцепления в металле обрабатываемой детали. В результате такого взаимодействия снимаемый слой металла формируется в стружку. Выделяют следующие разновидности металлической стружки.

Такая стружка формируется тогда, когда на высоких скоростях обрабатываются заготовки, выполненные из мягкой стали, меди, олова, свинца и их сплавов, полимерных материалов.

Образование такой стружки происходит, когда на небольшой скорости обрабатываются заготовки из маловязких и твердых материалов.

Стружка такого вида получается при обработке заготовок из материала, отличающегося невысокой пластичностью.

Формирование такой стружки свойственно для среднескоростной обработки заготовок из стали средней твердости, деталей из алюминиевых сплавов.

Виды стружки при токарной обработке

Режущий инструмент токарного станка

Эффективность, которой отличается работа на токарном станке, определяется рядом параметров: глубиной и скоростью резания, величиной продольной подачи. Чтобы обработка детали была высококачественной, необходимо организовать следующие условия:

• высокую скорость вращения заготовки, фиксируемой в патроне или планшайбе;
• устойчивость инструмента и достаточную степень его воздействия на деталь;
• максимально возможный слой металла, убираемый за проход инструмента;
• высокую устойчивость всех узлов станка и поддержание их в рабочем состоянии.

Скорость резки выбирается на основе характеристик материала, из которого сделана заготовка, типа и качества применяемого резца. В соответствии с выбранной скоростью резки выбирается частота вращения шпинделя станка, оснащенного токарным патроном или планшайбой.

При помощи различных типов резцов можно выполнять черновые или чистовые виды токарных работ, а на выбор инструмента основное влияние оказывает характер обработки. Изменяя геометрические параметры режущей части инструмента, можно регулировать величину снимаемого слоя металла. Выделяют правые резцы, которые в процессе обработки детали передвигаются от задней бабки к передней, и левые, движущиеся, соответственно, в обратном направлении.

Основные типы токарных резцов

По форме и расположению лезвия резцы классифицируются следующим образом:

• инструменты с оттянутой рабочей частью, ширина которой меньше ширины их крепежной части;
• прямые;
• отогнутые.

Различаются резцы и по цели применения:

• подрезные (обработка поверхностей, перпендикулярных оси вращения);
• проходные (точение плоских торцовых поверхностей);
• канавочные (формирование канавок);
• фасонные (получение детали с определенным профилем);
• расточные (расточка отверстий в заготовке);
• резьбовые (нарезание резьбы любых видов);
• отрезные (отрезание детали заданной длины).

Качество, точность и производительность обработки, выполняемой на токарном станке, зависят не только от правильного выбора инструмента, но и от его геометрических параметров. Именно поэтому на уроках в специальных учебных заведениях, где обучаются будущие специалисты токарного дела, очень большое внимание уделяется именно вопросам геометрии режущего инструмента.

Углы токарного резца

Основными геометрическими параметрами любого резца являются углы между его режущими кромками и направлением, в котором осуществляется подача. Такие углы режущего инструмента называют углами в плане. Среди них различают:

• главный угол – φ, измеряемый между главной режущей кромкой инструмента и направлением подачи;
• вспомогательный – φ1, расположенный, соответственно, между вспомогательной кромкой и направлением подачи;
• угол при вершине резца – ε.

Угол при вершине зависит только от того, как заточен инструмент, а вспомогательные углы можно регулировать еще и его установкой. При увеличении главного угла уменьшается угол при вершине, при этом уменьшается и часть режущей кромки, участвующей в обработке, соответственно, стойкость инструмента тоже становится меньше. Чем меньше значение этого угла, тем большая часть режущей кромки участвует как в обработке, так и в отводе тепла от зоны резания. Такие резцы являются более стойкими.

Практика показывает, что для токарной обработки не слишком жестких заготовок небольшого диаметра оптимальным является главный угол, величина которого находится в интервале 60–90 градусов. Если обрабатывать необходимо заготовку большого диаметра, то главный угол необходимо выбирать в интервале 30–45 градусов. От величины вспомогательного угла зависит прочность вершины резца, поэтому его не делают большим (как правило, он выбирается из интервала 10–30 градусов).

Особое внимание на уроках по токарному делу уделяется и тому, как правильно выбирать тип резца в зависимости от вида обработки. Так, существуют определенные правила, по которым обработку поверхностей того или иного типа выполняют с помощью резца определенной категории.

• Обычные прямые и отогнутые резцы необходимы для обработки наружных поверхностей детали.
• Упорный проходной инструмент потребуется для торцевой и цилиндрической поверхностей.
• Отрезной резец выбирают для протачивания канавок и обрезки заготовки.
• Расточные резцы применяются для обработки отверстий, просверленных ранее.

Отдельную категорию токарного инструмента составляют резцы, с помощью которых можно обрабатывать фасонные поверхности с длиной образующей линии до 40 мм. Такие резцы подразделяются на несколько основных типов:

• по конструктивным особенностям: стержневые, круглые и призматические;
• по направлению, в котором осуществляется обработка изделия: радиальные и тангенциальные.

Токарно-винторезный станок 1В625МП

Виды оборудования для токарной обработки

Из всех типов оборудования для токарной обработки наибольшее распространение и на крупных, и на мелких предприятиях получил токарно-винторезный станок. Причиной такой популярности является многофункциональность этого устройства, благодаря которой его с полным основанием можно назвать универсальным.

Перечислим основные элементы конструкции такого станка:

• две бабки – передняя и задняя (в передней бабке размещают коробку скоростей станка; шпиндель с токарным патроном (или планшайбой), на задней бабке размещены продольные салазки и пиноль оборудования);
• суппорт, в конструкции которого различают верхние и нижние салазки, поворотную плиту и резцедержатель;
• несущий элемент оборудования – станина, установленная на две тумбы, в которых размещают электродвигатели.
• коробка подач.

Токарный станок с ЧПУ

Все большее распространение получают станки, управление которыми осуществляется при помощи специальных компьютерных программ, – станки с ЧПУ. Конструкция таких станков отличается от обычной только тем, что в ней присутствует специальный блок управления.

В отдельные категории выделяют следующие виды станков токарной группы:

• токарно-револьверное оборудование, применяемое для обработки деталей сложной конфигурации;
• токарно-карусельные станки, среди которых различают одно- и двухстоечные;
• многорезцовое полуавтоматическое оборудование, которое можно встретить на предприятиях, выпускающих свою продукцию крупными сериями;
• обрабатывающие комплексы, на которых можно выполнять как токарные, так и фрезерные операции.

Без токарной обработки сегодня крайне сложно представить многие производственные отрасли. Поэтому данный вид работы с металлом продолжает развиваться, несмотря на и без того высокий уровень, позволяющий обеспечить высочайшее качество и скорость обработки.