Токарная обработка: суть, определение, этапы, применение, оборудование

Рабочие приспособления для токарной обработки

Характер базирования и закрепления заготовки в рабочих приспособлениях токарных станков зависит от типа станка, вида обрабатываемой поверхности, типа заготовки (вал, диск, кольцо, некруглый стержень), отношения длины заготовки к ее диаметру, требуемой точности обработки и т. д.

При обработке круглых стержней на универсальных токарных станках чаще всего применяется трехили шестикулачковый самоцентрирующий патрон (рис. 12, а). Патрон состоит из корпуса 1, в радиальных пазах которого перемещаются кулачки 3.

В корпусе патрона размещена коническая зубчатая передача, на торце одного из конических колес выполнена канавка в виде спирали Архимеда. Кулачки также имеют выступы в виде спирали Архимеда. При вращении шестерни кулачки одновременно перемещаются к центру или от центра патрона, что обеспечивает центрирование заготовки 2 относительно оси вращения патрона.

Рис. 12. Рабочие приспособления, применяемые в токарных станках: а – трехкулачковый патрон; б – неподвижный центр; в – срезанный центр; г – шариковый центр; д – обратный центр; е – хомутик; ж – неподвижный люнет; з – цанговый патрон; 1 – корпус; 2 – заготовка; 3 – кулачки; 4 – конус

При отношении длины заготовки к ее диаметру от 4 до 10 консольное закрепление заготовки (только в патроне) неприменимо, необходима поддержка второго ее конца. В торце заготовки предварительно просверливают (специальным центровочным сверлом) коническое отверстие, в которое вставляют задний центр (рис.

12, б). Центр выполняют с неподвижной или подвижной конусной частью. Конусная часть неподвижного центра выполняется из легированных сталей или в виде вставки из твердого сплава. Центры с подвижной конусной частью применяют при точении с большими толщинами срезаемого слоя или при больших скоростях резания.

При обработке торца заготовки, установленной в центрах, применяют срезанный центр (рис. 12, в). При обточке конических поверхностей методом смещения задней бабки заготовку устанавливают в шариковом центре (рис. 12, г). При обработке некрупных заготовок последнюю устанавливают в обратных центрах (рис.

При установке переднего центра в токарном патроне коническую часть центра перед обработкой обязательно протачивают.

При отношении длины заготовки к ее диаметру больше 10 заготовке необходима третья опора, в качестве которой применяют подвижные или неподвижные люнеты.

Неподвижный люнет (рис. 12, ж) устанавливают на станине, подвижный – на продольных салазках суппорта. Для обработки заготовок на станках с полуавтоматическим или автоматическим циклом применяют цанговые патроны.

На рис. 12, з показан цанговый патрон для базирования и закрепления заготовки по отверстию. Заготовка 2 устанавливается на корпусе 7, имеющем упругие лепестки с внутренним конусом. При осевом перемещении конуса 4 лепестки зажимают заготовку.

Привод патрона бывает механическим (винтовой или пружинный), гидравлическим или пневматическим. Для базирования и закрепления нежестких втулок по отверстию применяют патроны и различные оправки (цилиндрические с запрессовкой заготовки, конические, упругие с гидропластмассой, тарельчатыми пружинами, гофрированными втулками и т. д.).

Устройство универсального токарно-винторезного станка. Станки токарной группы

На универсальном токарно-винторезном станке обрабатывают детали различных классов (круглые и некруглые стержни, кольца, диски, корпусные детали). Универсальный токарно-винторезный станок (рис. 13) имеет станину 18 – массивную базовую чугунную деталь на двух тумбах.

В передней тумбе 16 установлен главный электродвигатель, в задней 12 – насос и резервуар для СОТС.

Верхняя часть станины имеет две пары направляющих для базирования и перемещения подвижных элементов станка. Передняя бабка 1 закреплена на левой части станины. В корпусе передней бабки расположена коробка скоростей и шпиндель 2, представляющий собой полый вал, на правом резьбовом конце которого устанавливается технологическая оснастка для базирования и закрепления заготовок (трехкулачковый патрон 3, планшайба и т. д.).

Рис. 13. Схема универсального ТВС (а): 1 – передняя бабка; 2 – шпиндель; 3 – трехкулачковый патрон; 4 – поворотные салазки; 5 – резцедержатель; 6 – поперечные салазки; 7 – пиноль; 8 – задняя бабка; 9 – рейка;

Шпиндель получает вращение (главное движение) от главного электродвигателя через клиноременную передачу, систему зубчатых колес и муфт, размещенных на валах коробки скоростей, расположенной внутри передней бабки. Задняя бабка 8 установлена на правой части станины с возможностью перемещения по ее внутренним направляющим.

При обработке коротких заготовок, заготовок типа «некруглый стержень» или корпусных заготовок в конусное отверстие пиноли устанавливается осевой инструмент (сверло, зенкер, развертка), что позволяет производить осевую обработку центрального отверстия в заготовке.

Движение подачи при этом осуществляется вручную вращением маховичка задней бабки. На паре наружных направляющих станины размещается суппорт, состоящий из резцедержателя 5, поворотных салазок 4, поперечных салазок 6, продольных салазок 14 и фартука 15 (рис. 13). В четырехпозиционном резцедержателе устанавливаются режущие инструменты – токарные резцы.

Поворотные салазки установлены с возможностью поворота и фиксации вокруг вертикальной оси, что позволяет обрабатывать короткие (до 150 мм) конусные поверхности с большими углами конусности (до 45°).

При обработке длинных конусных поверхностей с малыми углами конусности (до 5°) смещают ось вращения заготовки, перемещая заднюю бабку перпендикулярно направляющим станины.

Поперечные салазки позволяют придать режущему инструменту движение подачи Dsпод углом 90° к оси вращения заготовки (поперечная подача). Продольные салазки позволяют придать режущему инструменту движение подачи Dsпод углом 0° к оси вращения заготовки (продольная подача). Движение подачи осуществляется вручную или автоматически.

На передней стенке станины закреплена коробка подач, кинематически связанная с шпинделем системой зубчатых колес, установленных в гитаре подач 17. Коробка подач передает движение на ходовой вал 10 и ходовой винт 11.

Для преобразования вращения ходового вала или ходового винта в прямолинейное перемещение служат механизмы, размещенные в фартуке (механизм типа «винт – гайка» для поперечной или продольной подачи при резьбонарезании, механизм типа «рейка – колесо» для других работ).

Универсальный токарно-винторезный станок позволяет установить не более пяти режущих инструментов (четыре в резцедержателе и один в пиноли задней бабки). Для изготовления партии деталей с большим объемом токарной обработки универсальные станки малопригодны, так как требуется много времени на установку и наладку режущего инструмента.

Рис. 14. Патронный токарноревольверный полуавтомат: 1 – станина; 2 – коробка подач; 3 – передняя бабка; 4 – барабан передних упоров; 5 – поперечный суппорт; 6 – револьверная головка; 7 – револьверный суппорт; 8 – барабан задних упоров

Для обработки партии сложных деталей типа ступенчатый валик, фланец, кольцо применяют токарно-револьверные станки. В токарноревольверном станке несколько режущих инструментов устанавливают в «револьверной головке», что позволяет сократить время на установку и наладку инструментов.

В прутковых револьверных станках заготовку (пруток различного сечения) зажимают в пустотелом цанговом патроне. После изготовления детали ее отрезают, протягивают оставшуюся часть прутка через полое осевое отверстие цангового патрона и обрабатывают следующую деталь. В патронных револьверных станках обрабатывают штучные заготовки, зажимая их в кулачковом патроне станка.

Револьверные станки с многогранной револьверной головкой дополнительно оснащены одним или двумя (передним и задним) поперечными суппортами. Все инструменты, работающие с продольным движением подачи, закрепляются в револьверной головке. Все инструменты, работающие с поперечным движением подачи, закрепляются в суппортах.

Станки с круглой револьверной головкой поперечных суппортов не имеют. При необходимости поперечное движение подачи осуществляется за счет медленного вращения револьверной головки вокруг горизонтальной оси. На рис. 14 показан патронный револьверный станок с многогранной головкой.

Он состоит из станины 1, передней бабки 3 с коробкой скоростей коробки подач 2, размещенной на лицевой стороне станины, поперечного суппорта 5, револьверного суппорта 7 с револьверной головкой 6, барабанов передних 4 и задних рупоров.

Повышение производительности обработки достигается за счет параллельной работы суппортов и предварительной настройки станка по упорам барабанов 4 и 8. Настройка станка по упорам позволяет автоматически выдерживать диаметры и длины обрабатываемых поверхностей заготовок.

Обработка ступенчатых валов ведется на многорезцовых токарных полуавтоматах, автоматах или токарных гидрокопировальных станках.

Обработка массивных цилиндрических заготовок с отношением длины заготовки к ее диаметру 0,3–0,4 ведется на токарно-карусельных станках.

Технологические требования к деталям, обрабатываемым на станках токарной группы

Под технологичностью любого объекта понимается соответствие свойств этого объекта конкретным условиям его производства, эксплуатации и ремонта. Следовательно, технологичность любой конструкции – это совокупность свойств, обеспечивающих оптимальность затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке ее производства, изготовлении, эксплуатации и ремонта.

Деталь, обрабатываемая на станках токарной группы, должна удовлетворять следующим технологическим требованиям (рис. 15).

Рис. 15. Технологические требования к деталям, обрабатываемым на токарных станках: а – нетехнологичные решения при обработке валов; б – технологичные решения при обработке валов; в – нетехнологичные решения при обработке отверстий; г – технологичные решения при обработке отверстий

Масса детали должна быть уравновешена относительно ее оси вращения. Число поверхностей детали, имеющих форму тел вращения, должно быть максимально. Желательно, чтобы обрабатываемые поверхности не имели разрывов (шпоночные пазы, лыски). Вращение неуравновешенной детали, точение прерывистых поверхностей приводят к возбуждению колебаний в технологической системе СПИД, что отрицательно сказывается на стойкости режущего инструмента и снижает точность обработки.

При конструировании детали необходимо использовать нормальный ряд диаметров и длин, что позволит применить стандартные режущие инструменты. Следует избегать применения нежестких элементов в конструкции детали (длинные и тонкие шейки, тонкостенные втулки).

Точение нежестких заготовок не обеспечивает необходимой точности обработки и требует применения специальных приспособлений (люнетов, многолепестковых цанг). Целесообразна унификация элементов детали (одинаковые размеры фасок, радиусов закруглений, канавок), что позволяет выполнять одинаковые элементы одним режущим инструментом.

Неответственные поверхности, не сопрягаемые с поверхностями других деталей, можно не обрабатывать – это снижает трудоемкость обработки детали в целом. Обработка деталей с большими перепадами диаметров приводит к неоправданно большим объемам срезаемой стружки или к применению сложных, дорогостоящих заготовок.

https://www.youtube.com/watch?v=_3UYUMTqYzc

Желательно расчленить конструкцию детали: отдельно выполнять вал с шейкой, отдельно – кольцо. Затем кольцо нужно напрессовать на шейку и при необходимости произвести совместную чистовую обработку. Целесообразно заменять сложные фасонные поверхности более простыми.

Между фасонной и цилиндрической поверхностями необходимо предусматривать переходную канавку, если деталь заканчивается сферической поверхностью, торец предпочтительно выполнять плоским. Точные внутренние отверстия во втулках нужно выполнять с внутренней выточкой, что позволит расточить отверстие с одной установки и одним расточным резцом.

Обработка точных глухих отверстий затруднительна, лучше заменять их на сквозные. Затруднительна обработка фасонного дна отверстий, поэтому применение вставного дна значительно упростит обработку.

Ступенчатые поверхности детали желательно выполнять с постепенным увеличением (у валов) или уменьшением (у отверстий) диаметров по длине детали. Длины ступеней должны быть одинаковыми или кратными длине самой короткой ступени, это упрощает наладку станка при обработке на многорезцовых автоматах или полуавтоматах.

Участки, имеющие один размер, но разные допуски, необходимо разграничивать кольцевыми канавками. Острые грани обработанных поверхностей должны быть притуплены или скруглены. Поверхности шеек валов, сочленяемых с отверстиями сопрягаемой детали, должны иметь заходные конусы (фаски).

Все тесты

Классификация резцов

Продуктивность работы токарного станка напрямую зависит от величины продольной подачи изделия для обработки, скорости резки и глубины резания. Именно благодаря этим параметрам можно добиться:

• хорошего темпа вращения вала токарного станка и самой обработки металлического изделия;
• устойчивости режущего инструмента и нужного уровня его воздействия на деталь;
• нужного объема металлической стружки, образующейся в процессе токарной обработки заготовки;
• поддержания поверхности токарного станка в рабочем состоянии.

Скорость резки зависит от вида материала, подвергаемого токарной обработке, а также от типа и качества используемых резцов. Показатель обточки детали и скорость резки тех или иных токарных станков устанавливают частоту вращения вала. Плотность и другие основные параметры заготовок можно узнать из специализированных таблиц и спецификаций металлических деталей.

Резцы для токарных станков бывают чистовыми и черновыми – их вид зависит от характера обработки заготовки. Геометрические размеры их режущей части позволяют работать как с малой, так и с большой площадью слоя, который необходимо снять с заготовки. По направлению движения токарные резцы подразделяют на левые и правые. Первые движутся слева направо (от передней к задней бабке), вторые, соответственно, справа налево.

По расположению и форме лезвия резцы бывают отогнутыми, прямыми и оттянутыми. У последних ширина крепежной части больше ширины резцов. Токарные резцы также делятся на:

• резьбовые;
• отрезные;
• фасонные;
• расточные;
• проходные;
• канавочные;
• подрезные.

Геометрия того или иного токарного резца сильно влияет на качество и точность резания. Токарная обработка металла наиболее эффективна в том случае, если точно подобрана форма резца. Для этого токарь должен быть знаком с понятием «углы в плане». Это углы между направлением подачи детали и кромками резца:

• φ (главный);
• φ1 (вспомогательный);
• ε (при вершине).

Угол при вершине зависит от заточки резца, а главный и вспомогательный – еще и от его установки. Если главный угол велик, то будет действовать лишь небольшая часть кромки, а это значит, что стойкость резца уменьшится. При малом значении угла резец обладает большей стойкостью, а его нагрев отводится намного эффективнее.

Вспомогательный угол, как правило, равен 10–30°. Его увеличение бессмысленно, так как вершина резца будет ослабляться. Для одновременной токарной обработки цилиндрической поверхности и торцовой плоскости обычно используют проходные упорные резцы.

Токарную обработку фасонных поверхностей, образующая линия которых не превышает в длину 4 см, осуществляют при помощи фасонных резцов. Они классифицируются по конструкции и по движению подачи. По конструкции выделяют следующие виды фасонных резцов:

• стержневые;
• круглые;
• призматические.

По движению подачи фасонные резцы делятся на:

• тангенциальные;
• радиальные.

Получить более подробную и наглядную информацию о видах токарных резцов и их назначении можно при просмотре видео по данной теме.

Нарезание внутренней и наружной резьбы

с помощью резцов и инструмента: плашек, метчиков, резьбонарезных головок

Специальные возможности токарных станков

С помощью  токарных станков с ЧПУ может проводиться обработка шпоночных пазов, отделка поверхностей (полировка, суперфиниширование), доводка (притирка), обкатывание шариками и роликами, накатывание, алмазное выглаживание т.д.

Станки с ЧПУ характеризуются производственной гибкостью, т. е. способностью быстро переналаживаться на обработку различных деталей. Для этого нужно всего лишь заменить управляющую программу и, при необходимости, оснастку и режущий инструмент. А уже проверенная и отработанная программа может быть использована в любой момент и любое число раз.

Эти станки обеспечивают более высокую геометрическую точность обработанных деталей, что объясняется уменьшением влияния человеческого фактора, их более высокой статической и динамической жесткостью, а также более высокой точностью позиционирования и повторяемости траектории движения инструмента относительно обрабатываемой заготовки.

Металлорежущее оборудование с числовым программным управлением позволяет обрабатывать такие детали, которые невозможно изготовить на обычном универсальном оборудовании. Это детали со сложными пространственными рабочими полостями, которые должны быть изготовлены не только с высокой точностью геометрической формы и размеров, но и с низкой шероховатостью, например штампы, пресс-формы и др.

Общая информация

Процедура обработки осуществляется на специальном токарном станке, который с помощью резцов, сверл или других режущих приспособлений срезает с заготовки детали слой металла нужной толщины. Вращение обрабатываемой детали носит название главного движения, а перемещение инструмента, обеспечивающее непрерывную обработку изделия до нужных параметров, называется движением подачи.

Токарный станок способен выполнять различные сочетания этих двух видов движения, поэтому на нем возможно проведение эффективной обработки цилиндрических, резьбовых, фасонных, конических и иных поверхностей. Сюда можно отнести муфты, гайки, втулки, шкивы, валы, зубчатые колеса и кольца.

Токарные станки позволяют осуществлять следующие виды работ:

• нарезание резьбы;
• сверление, растачивание, развертывание и зенкерование различных отверстий;
• вытачивание канавок;
• разрезание детали на несколько частей.

Эти основные виды токарной обработки металлических деталей подразумевают использование различных измерительных приборов (микрометров, штангенциркулей, нутромеров, предельных калибров), которые помогают определиться с размерами и формами, а также контролировать взаиморасположение различных поверхностей обрабатываемого изделия.

Суть токарной обработки металла состоит в следующем. При врезке режущего инструмента в деталь изделие зажимается кромкой резца. При этом инструмент преодолевает силы сцепления внутри детали и снимает лишний слой металла в виде стружки.

Существуют следующие виды стружки:

• элементная – получается при токарной обработке твердых и маловязких изделий на низкой скорости;
• надлом – характерен для резки малопластичных деталей;
• сливная – получается при токарной обработке на достаточно высоких скоростях изделий из меди, свинца, олова или пластмассы, а также заготовок из мягкой стали;
• ступенчатая – характерна для токарной обработки на средних скоростях алюминиевых сплавов, изделий из листов алюминия и стали средней твердости.

Оформление сложных поверхностей тел вращения, фасонное точение

Для получения тел вращения с криволинейной образующей на универсальных станках необходимо применять проходные или фасонные резцы с использованием копира или гидрокопировального суппорта. Зачастую для подобных операций требуется высокая квалификация токаря, а рентабельность достигается только при серийном производстве.

https://www.youtube.com/watch?v=c6pGuFBsGT8

Современные токарные станки с ЧПУ имеют широкие технологические возможности. Фасонные поверхности  весьма многообразны, их получение во многих случаях обеспечивается не геометрией инструмента, а формообразующими движениями рабочих органов станка по программе.

Применение фасонных инструментов для работы на станках с ЧПУ встречается крайне редко. Получение всего разнообразия форм поверхностей детали может быть достигнуто за счет грамотного проектирования программы обработки. Точность круговой и прямолинейной интерполяции позволяет сделать плавные переходы между кадрами.

Это позволяет обойтись сравнительно узкой номенклатурой инструментов при обработке различных деталей. Программируемой точкой резца служит либо его вершина, либо центр  закругления при вершине.

На станках с ЧПУ токарной группы особенно эффективно применение инструментов с многогранными неперетачиваемыми пластинками из твердого сплава и сверх твердых материалов. Они обеспечивают стабильность геометрии, возможность использования максимальной мощности станка, повышенную стойкость инструмента, упрощают наладку станка при износе инструмента.