Обработка металлов резанием на токарных станках

Обновлено: 01.05.2024

Токарная обработка — один из возможных способов обработки изделий путем срезания с заготовки лишнего слоя металла до получения детали требуемой формы, размеров и шероховатости поверхности. Она осуществляется на металлорежущих станках, называемых токарными.

На токарных станках обрабатываются детали типа тел вращения: валы, зубчатые колеса, шкивы, втулки, кольца, муфты, гайки и т.д.

Основными видами работ, выполняемых на токарных станках, являются: обработка цилиндрических, конических, фасонных, торцовых поверхностей, уступов; вытачивание канавок; отрезание частей заготовки; обработка отверстий сверлением, растачиванием, зенкерованием, развертыванием; нарезание резьбы; накатывание (рис. 1).

Инструменты, применяемые для выполнения этих процессов, называются режущими. При работе на токарных станках используются различные режущие инструменты: резцы, сверла, зенкеры, развертки, метчики, плашки, резьбонарезные головки и др.

Процесс резания подобен процессу расклинивания, а рабочая часть режущих инструментов — клину (рис. 2).

При действии усилия Р на резец его режущая кромка врезается в заготовку, а передняя поверхность, непрерывно сжимая лежащий впереди слой металла и преодолевая силы сцепления его частиц, отделяет их от основной массы в виде стружки. Слой металла, срезаемый при обработке, называется припуском.

Все способы обработки металлов, основанные на удалении припуска и превращении его в стружку, определяются понятием резание металла. Для успешной работы необходимо, чтобы процесс резания протекал непрерывно и быстро. Форма обрабатываемой детали обеспечивается, с одной стороны, относительным движением заготовки и инструмента, с другой, — геометрией инструмента.

Процесс резания возможен при наличии основных движений: главного движения — вращения заготовки и поступательного движения резца, называемого движением подачи, которое может совершаться вдоль или поперек изделия, а также под постоянным или изменяющимся углом к оси вращения изделия.

Рис. 1. Основные виды токарных работ: а — обработка наружных цилиндрических поверхностей; б — обработка наружных конических поверхностей; в — обработка торцов и уступов; г — вытачивание канавок, отрезка заготовки; д — обработка внутренних цилиндрических и конических поверхностей; е — сверление, зенкерование и развертывание отверстий; ж — нарезание наружной резьбы; з — нарезание внутренней ’резьбы; и — обработка фасонных поверхностей; к — накатывание рифлений; 1 проходной прямой резец; 2 — проходной упорный резец 3 — проходной отогнутый резец; 4 — отрезной резец; 5 — канавочный резец; б — расточной резец; 7 — сверло; 8 — зенкер; 9 — развертка; 10 — резьбовой резец; 11 — метчик; 12 — фасонный резец; 13 — накатка (стрелками показаны направления перемещения инструмента вращения заготовки).

Рис. 2. Схемы работы клина (а) и резца (6): 1 — стружка; 2 — резец; 3 — заготовка; 4 — снимаемый слой металла; Р сила, действующая на резей и клин при работе; (5 — угол заострения.)

Вращение заготовки называется главным движением, так как оно выполняется с большей скоростью. На обрабатываемой заготовке выделяются следующие поверхности; обрабатываемая, обработанная и поверхность резания. При срезании припуска образуется элемент, называемый стружкой.

Выделяются следующие виды стружки (рис. 3):

элементная стружка (стружка скалывания) образуется при обработке твердых и маловязких материалов с низкой скоростью резания (например, при обработке твердых сталей). Отдельные элементы такой стружки слабо связаны между собой или совсем не связаны;
ступенчатая стружка образуется при обработке стали средней твердости, алюминия и его сплавов со средней скоростью резания. Она представляет собой ленту — гладкую со стороны резца и зазубренную с внутренней стороны;
слитая стружка образуется при обработке мягкой стали«меди, свинца, олова и некоторых пластмасс при высокой скорости резания. Эта стружка имеет вид спирали или длинной (часто путаной) ленты;
стружка надлома образуется при резании малопластичных материалов (чугуна, бронзы) и состоит из отдельных кусочков.

Рис. 4. Токарные станки: а — токарно-винторезный, б — токарно-револьверный, в — лоботокарный, г — токарно-карусельный

Токарная обработка выполняется на токарных станках разных типов, различающихся по назначению, компоновке, степени автоматизации и другим признакам.

К станкам токарной группы относятся: токарно-винторезные, токарно-револьверные, лоботокарные, токарно-карусельные (рис. 4), токарные автоматы и полуавтоматы, токарные станки с программным управлением.

1.2. Устройство токарно-винторезных станков

Токарный станок, оснащенный специальным устройством для нарезания резьбы, называется токарно-винторезным. Станок состоит из следующих основных частей и узлов (сборочных единиц) (рис. 5).

Станина 7— массивное чугунное основание, на котором смонтированы основные узлы станка. Верхняя часть станины имеет две плоские и две призматические направляющие, по которым перемещаются суппорт и задняя бабка. Передняя бабка 2 — чугунная коробка, внутри которой расположены главный рабочий орган станка — шпиндель и коробка скоростей.

Рис. 5. Токарно-винторезный станок: 1- коробка подач, 2 — передняя бабка, 3 — поперечные салазки, 4 — верхние салазки суппорта, 5 — задняя бабка, 6 — продольные салазки, 7 — станина, 8 — ходовой винт, 9- ходовой вал, 10 — фартук, 11 — гитара сменных зубчатых колес, 12 — маховики управления продольным и поперечным перемещениями, 13 — электрошкаф

Механическое (автоматическое) движение подачи суппорт получает от ходового вала 9 или ходового винта 8 (при нарезании резьбы).

Суппорт состоит из следующих сборочных единиц; продольных салазок 6, фартука 10, поперечных салазок 3, верхних (резцовых) салазок 4, рез резцедержателя. Коробка подач представляет собой механизм, передающий вращение от шпинделя к ходовому валу или ходовому винту. Коробка подач служит для изменения скорости движения подачи суппорта (величины подачи). Вращательное движение к коробке подач передается от шпинделя через реверсивный механизм (трензель) и гитару со смежными зубчатыми колесами.

Гитара 11 предназначена для настройки станка на различные виды нарезаемых резьб.

Задняя бабка 5 предназначена для поджатая с помощью центра длинных заготовок в процессе обработки, а также для закрепления и подачи стержневых инструментов (сверл, зенкеров, разверток).

Электрооборудование станка размещено в шкафу 13.

Включение и выключение электродвигателя, пуск и останов станка, управление коробкой скоростей, коробкой подач, механизмом фартука и т.д. производится соответствующими органами управления (рукоятками, кнопками, маховичками).

Для наиболее ясного представления о работе и взаимосвязях деталей в станках применяют кинематические схемы, в которых детали и передачи изображены условными упрощенными обозначениями. На этих схемах указываются числа зубьев зубчатых колес, диаметры шкивов, число заходов червяков и число зубьев червячных колес, шаг винтовых передач, мощность и частота вращения вала электродвигателя, порядковая нумерация валов, муфт и т.д. На этих схемах четко просматриваются кинематические цепи, связывающие источник движения и исполнительные органы станка, с помощью которых обеспечиваются передача движения, изменение скорости и направление движения.

1.3. Организация рабочего места токаря

Рабочим местом токаря называется участок производственной площади цеха, оснащенный; одним или несколькими станками с комплектом принадлежностей; комплектом технологической оснастки, состоящим из различных приспособлений, режущего, измерительного и вспомогательного инструментов; комплектом технической документации, постоянно находящейся на рабочем месте (инструкции, справочники, вспомогательные таблицы и т.д.); комплектом предметов ухода за станком (масленки, щетки, крючки, совки, обтирочные материалы и т.д.); инструментальными шкафами, подставками, планшетами, стеллажами и т.п.; передвижной и переносной тарой для заготовок и изготовленных деталей; подножными решетками, табуретками или стульями. Комплект технологической оснастки и комплект предметов ухода (за станком и рабочим местом) постоянного пользования устанавливаются в зависимости от характера выполняемых работ, типа станка и типа производства. Наибольшим количеством такой оснастки располагают токари, работающие в условиях единичного и мелкосерийного производств, и значительно меньшим — токари, работающие в условиях-серийного и крупносерийного производств. Планировка рабочего места, как и его оснащение, зависят от многих факторов, в том числе от типа станка и его габаритных размеров и формы заготовок, типа и организации производства и др.

Рис. 6 Схема размещения оргоснастки на рабочем месте токаря: 1- станок, 2- урна для мусора, 3 — планшет для чертежей, 4 — инструментальный шкаф, 5 — лоток для инструмента, 6 — решетка, 7 — тара, 8 — стеллаж

При обработке заготовок с установкой в центрах, левой рукой планировка рабочего места соответствует схеме, изображенной на рис. 6.

Инструментальный шкаф в этом случае располагается с правой стороны от рабочего, а стеллаж для деталей слева, если токарь устанавливает заготовку и снимает обработанные детали правой рукой, то инструментальный шкаф располагается с левой стороны от рабочего, а стеллаж — с правой. Перед станком на полу укладывают деревянную решетку. Высоту расположения решеток выбирают в зависимости от роста рабочего.

В верхнем ящике инструментального шкафа хранят чертежи, технологические карты, рабочие наряды, справочники, измерительные инструменты, в среднем — резцы, сгруппированные по типам и размерам. Ниже последовательно располагают режущие инструменты, переходные втулки, центры, хомутики, подкладки. В самое нижнее отделение укладывают патроны, а также кулачки к ним. Не следует загромождать шкаф излишним запасом инструмента: все необходимое для работы лучше получать в начале смены из кладовой. Перед началом работы все предметы, которые берут правой рукой, располагают справа от рабочего; а предметы, которые берут левой рукой, — слева; предметы, которыми пользуются чаще (на пример, ключ патрона), кладут ближе к рабочему, чем предметы, которыми пользуются реже

Рабочее место важно всегда содержать в чистоте, так как грязь и беспорядок приводят к потере рабочего времени, браку, несчастным случаям, простою и преждевременному износу станка. Пол на рабочем месте должен быть ровным и чистым, не иметь подтеков масла и смазочно-охлаждающей жидкости. Рабочее помещение оборудуется устройствами для удаления загрязненного воздуха и притока свежего.

Температура воздуха в цехе (мастерской) должна быть 15 — 18 градусов С.

Для достижения высокой производительности труда при наиболее полном использовании технических возможностей производственного оборудования и при нормальной физической нагрузке работающего организация рабочего места должна отвечать требованиям научной организации труда (НОТ).

Научная организация труда предусматривает: рациональную планировку рабочего места; оснащение рабочего места необходимым комплектом инвентаря, приспособлений, режущего и измерительного инструмента; своевременную подачу необходимого количества заготовок на рабочее место и вывоз готовых деталей или перемещение их на соседнее рабочее место; своевременный контроль деталей контролером отдела технического контроля (ОТК); четкую организацию получения и сдачи инструментов, их своевременную заточку; своевременное обеспечение технической документацией (чертежами, операционными картами, рабочими нарядами); использование наиболее рациональных режимов резания.

Токарь обязан обслуживать свое рабочее место: ежедневно убирать станок и околостаночное пространство, проводить очистку смазочно-охлаждающей жидкости и т.д.

Виды и особенности токарной обработки металла

Токарная обработка – один из основных способов обработки металлического изделия, при котором с него удаляется лишний слой. В результате получается деталь нужного размера, формы и степени шероховатости.

Обработка на токарном станке

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.

Сливная стружка при обработке вязких материалов

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.

Виды токарных резцов

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. При токарной обработке тонких и нежестких деталей обычно выбирают угол в 60–90°, для деталей, которые больше по сечению, – 35–40°.

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. Отогнутые и прямые резцы больше всего подходят для обработки внешних поверхностей детали, отрезные – для протачивания канавок и отделения частей детали, расточные (сквозные или упорные) – для растачивания отверстий, просверленных ранее.

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:

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

Виды станков

Токарная обработка осуществляется на разных видах станков, но чаще всего сегодня используется токарно-винторезный станок. Он универсален по своим возможностям, поэтому допустимо его применение не только на крупных производствах, но и на предприятиях, специализирующихся на мелкосерийном выпуске продукции.

Токарно-винторезный станок 16К20

Такой станок состоит из следующих обязательных элементов:

передней бабки со шпинделем и коробкой скоростей и задней бабки с пинолем, корпусом и продольными салазками;
суппорта;
станины с тумбами (в тумбах расположены двигатели);
коробки подач.

Токарно-фрезерная обработка с целью получения самых точных геометрических параметров осуществляется с использованием программируемых станков, практически не отличающихся по своей конструкции от универсальных устройств (в Интернете можно найти видео, на котором наглядно показана обработка на таких токарных станках металлических заготовок с разных ракурсов).

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. 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; , 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.

Обработка заготовок на токарно-винторезных станках

Основные методы механической обработки резанием, сопровождающиеся снятием стружки, могут быть реализованы на металлорежущих станках определенных групп: 1) точение; 2) растачивание; 3) сверление, зенкерование, развертывание; 4) фрезерование; 5) строгание, долбление; 6) протягивание, прошивание; 7) зубонарезание; 8) шлифование, доводка, полирование.

Токарная обработка – это наиболее распространенный метод обработки деталей типа тел вращения (валов, осей, цапф, дисков, фланцев, муфт, колец, втулок, гаек и т.п.). На токарных станках можно производить черновое, получистовое и чистовое точение и растачивание цилиндрических, конических, сферических и фасонных поверхностей; подрезание плоских торцовых поверхностей, точение наружных и внутренних канавок, нарезание наружной и внутренней резьбы, сверление, зенкерование, развертывание отверстий и др.

Токарная обработка поверхностей осуществляется при вращательном главном движении заготовки и поступательном (продольном, поперечном или наклонном по отношению к оси заготовки) движении подачи инструмента. Формообразование поверхностей при резании с продольной подачей - по методу следов, при поперечной подаче инструмента - по методу копирования.

В токарную группу входят токарно-винторезные, токарно-револьверные, токарно-карусельные станки; токарные полуавтоматы и автоматы.

Токарно-винторезные станки предназначены для наружной и внутренней обработки, включая нарезание резьбы в условиях единичного и мелкосерийного производства. Компоновка токарно-винторезного станка представлена на рис. 2.1.

Главное вращательное движение (ось вращения горизонтальна) совершает шпиндель 4 с заготовкой. Движение подачи осуществляет продольный 6 или поперечный 5 суппорт; ряд работ можно производить при ручной осевой подаче с установкой инструмента в пиноль 8 задней бабки 9.

Установка и закрепление заготовки на токарном станке, зависят от типа станка, вида обрабатываемой поверхности, типоразмера заготовки, требований к точности обработки и др. факторов. На токарно-винторезных станках для базирования и закрепления заготовок широко используются трехкулачковые самоцентрирующие патроны (рис.2.2,а), которые применяют для закрепления заготовок при отношении их длины к диаметру l/d < 4. При l/d = 4…10 заготовку устанавливают в центрах (рис. 2.2,б - е), а для передачи крутящего момента от шпинделя на заготовку используют поводковый патрон (рис. 2.2,ж) и хомутик (рис. 2.2,з). При этом в торцах заготовки предварительно должны быть выполнены центровые отверстия. При отношении l/d >10 для уменьшения деформации заготовки при резании применяют люнеты (рис. 2.2,и).

Рис.2.1. Общий вид токарно-винторезного станка: 1 – станина; 2 – коробка подач; 3 – коробка скоростей; 4 – шпиндель; 5 – поперечный суппорт; 6 – продольный суппорт; 7 – верхний суппорт; 8 – пиноль; 9 – задняя бабка; 10 – поддон; 11 – салазки; 12 – ходовой винт; 13 – ходовой валик

Для установки полых заготовок типа колец, втулок, стаканов применяют: конические, цанговые или упругие оправки (рис. 2.2,л, м, н).


а	е	к

б	л

в	ж	з	м

г

д	и	н

Рис. 2.2. Приспособления к токарным станкам

Многообразие видов поверхностей, обрабатываемых на токарных станках, привело к созданию большого числа конструкций токарных резцов. Главный принцип их классификации – технологическое назначение.

Согласно типовым схемам обработки на универсальных токарно-винторезных станках, обработку наружных цилиндрических поверхностей осуществляют проходными резцами с продольной подачей (рис.2.3,а); подрезание торцов – подрезными или отогнутыми резцами с поперечной подачей (рис.2.3,б).


а	б	в
г	д	е
ж	з	и

Рис.2.3. Схемы обработки на токарно-винторезном станке

Короткие фасонные поверхности на токарно-винторезных станках обычно обтачивают с поперечной подачей фасонными резцами; длинные фасонные поверхности – проходными резцами с помощью копира – детали, устанавливаемой на станке и благодаря фасонному рабочему профилю изменяющей нужным образом траекторию перемещения инструмента.

Наружные резьбовые поверхности получают точением резцами, резцовыми головками, гребенками, плашками. Наиболее широко применяется способ нарезания одно- и многозаходных резьб резцами, форма режущих кромок которых определяется профилем нарезаемой резьбы. Этот способ пригоден для нарезания как наружных, так и внутренних резьб. В некоторых случаях для повышения производительности обработки за счет уменьшения числа рабочих ходов в качестве режущего инструмента используют резьбонарезные гребенки. Для нарезания наружной резьбы на винтах, болтах, шпильках и других подобных деталях применяют плашки; при этом участок детали, на котором нарезается резьба, должен иметь несколько меньший диаметр, чем наружный диаметр нарезаемой резьбы, что достигается предварительной обработкой. Внутренняя метрическая резьба диаметром до 50 мм может нарезаться метчиками.

Точение кольцевых канавок и отрезание готовой детали производят с поперечной подачей соответственно прорезными (канавочными) - рис.2.3, в, г и отрезными резцами (рис.2.3, з, и).

Обработку отверстий на токарно-винторезных станках выполняют с продольной подачей режущего инструмента (сверла, зенкера или развертки), который устанавливается в пиноль задней бабки (рис.2.3,д).

Конические поверхности на токарных станках обтачивают следующими способами: а - широкими резцами (рис.2.4,а), при этом длина образующей обычно не превышает 30 мм; б - с поворотом и ручной подачей каретки верхнего суппорта (рис.2.4,б), когда длина образующей не может быть больше величины хода каретки; в - со смещением корпуса задней бабки в поперечном направлении (рис.2.4,в), этот способ используют для обработки длинных поверхностей с небольшой конусностью (a £ 4°); г - с помощью конусной линейки (рис.2.4,г) - устройства, устанавливаемого на станине станка и обеспечивающего перемещение резца вдоль образующей конуса. Способы "а", "б" и "г" пригодны и для растачивания внутренних конических поверхностей.

В серийном производстве широко используются станки с числовым программным управлением (ЧПУ), построенные на базе универсальных токарно-винторезных станков.


а	б

в	г

Рис.2.4. Схемы обработки конических поверхностей на токарно-винторезном станке

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

Обработка металлов резанием предназначена для придания заготовкам необходимой формы, размеров, точности и чистоты поверхности путем снятия припуска режущим инструментом на металлорежущих станках. Припуск - это слой металла, который необходимо удалить с заготовки для получения детали в окончательно обработанном виде.

При обработке металлов резанием металлорежущие станки выполняют два основных движения: резание (главное движение) и подачу, при которой происходит перемещение режущего инструмента и обрабатываемой заготовки. В зависимости от вида режущего инструмента п движений, а также характера движений обрабатываемого металла различают следующие основные пронесем холодной обработки металлов резанием:

точение (или обточка) - производят на станках токарной группы, при этом обрабатываемый материал вращается (движение резания), а резец движется поступательно вдоль оси (движение подачи);

сверление - выполняют на сверлильных станках; заготовка неподвижна, а движение резания и движение подачи осуществляются сверлом;

фрезерование- это способ обработки металла, когда режущий инструмент (фреза) получает вращательное движение, а изделие - поступательное в продольном направлении. Фрезерование выполняют на горизонтально-фрезерных станках;

строгание - производят на продольно-строгальных станках. Основное движение (возвратно-поступательное, прямолинейное перемещение) совершает заготовка. Движение подачи (прерывистое перемещение резца) происходит перпендикулярно основному движению. На поперечно-строгальных станках основное движение (возвратно- поступательное перемещение) совершает строгальный резец, а движение подачи (прерывистое перемещение, перпендикулярно к основному движению) - заготовка;

шлифование цилиндрических деталей - осуществляют на кругошлифовальных станках. Шлифовальный круг совершает вращательное движение, а движение подачи (вращательное и возвратно-поступательное) совершает заготовка. Шлифование плоских деталей производят на плоскошлифовальных станках, на которых основное движение (вращательное) получает шлифовальный круг, а движение подачи (возвратно-поступательное) совершает заготовка.

Рассмотрим параметры, характеризующие работу режущего инструмента (рис. 3.15).

У обрабатываемой детали различают обрабатываемую 2 и обработанную 5 поверхности. Поверхность режущего инструмента, по которой сходит стружка, называется передней 3, поверхность, обращенная к обрабатываемой стороне детали,— задней 4. Пересечение передней и задней поверхностей образуют режущую кромку или режущее лезвие 1. Угол, расположенный между касательными к этим поверхностям, называется углом заострения. Угол, образованный касательными к задней поверхности режущего инструмента и к обработанной

поверхности детали, называется задним углом и обозначается а. Этот угол необходим для уменьшения трения задней поверхности режущего инструмента об обрабатываемую деталь.

Передним углом у служит угол, образованный перпендикуляром к поверхности резания и касательной к передней поверхности режущего инструмента. Передний угол обеспечивает врезание инструмента в изделие и отделение стружки.

В процессе работы режущего инструмента важное значение имеет угол резания б, который образуется между передней поверхностью режущего инструмента и обработанной поверхностью.

От угла резания зависит усилие резания: чем меньше угол, тем меньше усилие.

Как уже отмечалось, процесс резания на металлорежущих станках включает два вида движения: основное и движение подачи. Первое характеризуется скоростью резания, а второе - величиной подачи и глубиной резания.

а-при точении; б- при сверлении; в-при строгании; 1 — режущее лезвие; а — задний угол; В — угол заострения: v — передний угол; 2 — поверхность обрабатываемая; 3 —передняя поверхность режущего инструмента; 4 — задняя поверхность; 5 — поверхность обработанная

Скоростью резания V называется величина перемещения точки обработки поверхности относительно режущего инструмента.

Для станков, у которых главное движение вращательное, скорость резания измеряют в м/мин и определяют по формуле

V= nDn/1000,

где D-диаметр обрабатываемой поверхности или инструмента, мм; n- частота вращения обрабатываемой детали или инструмента, мм.

Для станков, у которых главное движение возвратно- поступательное, скорость рабочего хода определяют по формуле

где L_P — длина хода рабочего стола станка, мм; t"_р — время рабочего хода, мин.

1 - передняя поверхность; 2 - главная режущая кромка; 3- главная задняя поверхность; 4- вспомогательная задняя поверхность; 5 - вспомогательная режущая кромка; б- вершина

Подача S - это перемещение режущего инструмента или изделия за один оборот шпинделя для станков с вращательным главным движением (измеряют в мм/об) или путь перемещения инструмента (мм) за один двойной ход изделия (или инструмента) для станков с возвратно- поступательным главным движением (измеряют в мм/дв. ход).

Глубина резания t есть расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями (измеряют в мм).

Существуют специальные таблицы для каждого вида обработки, в которых

приведены рекомендуемые значения режимов резания.

Самым простым режущим инструментом является резец. Все другие виды режущего инструмента представляют собой его модификацию. Резец состоит из головки (рабочей части) и тела или стержня, служащего для закрепления его на станке.

Рабочая часть (рис. 3.16) образована заточкой на одном конце стержня резца трех поверхностей: передней 1, задней главной 3 и задней вспомогательной 4. Главная режущая кромка 2, срезающая слой металла образована пересечением передней и задней главной поверхностей. Вспомогательная режущая кромка 5 образована пересечением передней и задней вспомогательной поверхностей. Место сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок называется вершиной резца 6.

По выполняемым операциям металлорежущие станки подразделяют на универсальные, специализированные и специальные. Станки бывают легкие - до 1 т, средние - до 10т и тяжелые, а также нормальной, повышенной, высокой и особо высокой точности. Кроме того, станки подразделяются на группы, которые делятся на типы.

Существуют следующие группы металлорежущих станков: токарные, сверлильные и расточные; шлифовальные, полировальные и доводочные; комбинированные и специальные; зубо- и резьбонарезные; фрезерные, строгальные, долбежные и протяжные.Ниже приведены типы некоторых групп металлорежущих станков. В токарную группу входят следующие типы станков: автоматы и полуавтоматы, одно- и многошпиндельные, револьверные, сверлильно-отрезные, карусельные и др. В группу сверлильных и расточных станков входят: вертикально-сверлильные полуавтоматы, радиально-сверлильные, расточные, алмазно-расточные, горизонтально-сверлильные, центровочные и др. В группушлифовальных станков входят: круглошлифовальные, внутришлифовальные, плоскошлифовальные, полировальные, притирочные и т. д.

Станки токарной группы предназначены для обработки деталей способом вращения. Режущим инструментом является резец. Токарные станки подразделяются на мелкие с высотой центров до 150 мм, средние до З00 мм и крупные свыше 300 мм. Высота центров над станиной определяет радиус обрабатываемой заготовки. Расстояние между центрами позволяет обрабатывать детали определенной длины.

Распространенным типом станков токарной группы являются токарно-винторезные станки, которые служат для обтачивания наружных цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, растачивания отверстий, подрезания торцов, уступов и нарезания резьбы.

Токарный станок состоит из станины, передней бабки с коробкой скоростей, задней бабки, коробки подач с ходовым валиком, суппорта с фартуком.

Станина- массивное чугунное основание, на котором закреплены все механизмы станка.

Передняя бабка служит для установки заготовки и сообщения ей вращательного движения. Деталь закрепляется в патроне, расположенном на шпинделе. Шпиндель получает вращение от электромотора через коробку скоростей, которая служит для регулирования частоты вращения шпинделя. Управление коробкой скоростей осуществляется при помощи рукоятки.

Задняя бабка предназначена для закрепления в центрах длинных деталей, обтачивания конусов и установки некоторых режущих инструментов.

Токарно-револьверный станок в отличие от токарно- винторезного предназначен для обработки деталей небольших размеров.

Передняя бабка не имеет коробки скоростей. На место задней бабки установлена поворотная (револьверная головка), в которой закреплены резцы, метчики и сверла. Такая конструкция позволяет быстро переставлять инструменты в резце-держателе, обеспечивать точность их установки и повышать производительность труда токаря.

Для обработки крупных деталей применяют карусельные станки. На этих станках деталь крепится на планшайбе, вращается вокруг вертикальной оси, а резец перемещается относительно заготовки.

Фрезерные станки служат для обработки плоских, призматических и криволинейных поверхностей, для нарезания зубчатых колес, спиральных канавок на режущих инструментах (сверла, зенкеры) и т. д.

Наибольшее распространение имеют горизонтально- фрезерные и вертикально-фрезерные станки.

Горизонтально-фрезерный станок состоит из следующих основных узлов: станины, консоли, или кронштейна, шпинделя, хобота, стола, коробки скоростей, поперечных салазок и вала привода механизма коробки подач.

Чугунная станина имеет коробчатую форму и предназначена для крепления всех частей станка. В верхней части станины расположены горизонтальные направляющие хобота. Передняя поверхность станины представляет собой точно образованные вертикальные направляющие, по которым перемещается консоль. Внутри станины расположены электродвигатель, механизмы подачи и шпиндель. Своей нижней частью станина опирается на фундамент.

Консоль (кронштейн) представляет собой жесткую массивную опору для стола. Консоль отливают из чугуна и тщательно обрабатывают, чтобы она могла легко перемещаться по вертикальным направляющим станины

На верхней части консоли имеются направляющие для салазок, по которым стол перемещается в поперечном направлении.

Стол фрезерного станка служит для перемещения (подачи) обрабатываемой заготовки. Он состоит из верхнего (продольного) стола и салазок поперечного стола.

Салазки перемещаются вместе с продольным столом по направляющим консоли в поперечном направлении при помощи винтового механизма — так осуществляется поперечная подача заготовки. В верхней части салазок имеются продольные направляющие, вдоль которых также при помощи винтового механизма перемещается верхний (продольный) стол. Для вертикальной подачи, т. е. перемещения заготовки вверх или вниз служит винтовой механизм, при помощи которого передвигается вся консоль по вертикальным направляющим станины.

Хобот служит для поддержания второго конца фрезерной оправки, закрепленной в шпинделе. Расстояние фрезы от шпинделя при ее установке зависит от ширины обрабатываемой заготовки. Чтобы закрепить оправку на требуемом расстоянии от шпинделя, следует передвинуть хобот вдоль горизонтальных направляющих станины и закрепить в нужном положении.

Коробка скоростей фрезерного станка позволяет регулировать частоту вращения шпинделя при неизменной скорости вращения вала электродвигателя.

Коробка подач фрезерного станка предназначена для изменения скорости механической подачи стола во всех трех направлениях. Этот механизм расположен внутри консоли станин и состоит из цилиндрических, конических зубчатых колес и кулачковых муфт сцепления. Коробка подач имеет независимое движение, не связанное с движением шпинделя.

У современных фрезерных станков коробка подач получает движение от дополнительного электродвигателя, который обслуживает только механизмы подачи. Через коробку подач вращательное движение может передаваться к каждому из трех винтов для осуществления механической продольной, поперечной и вертикальной подач. Комбинируя положение рукояток, можно получить различные скорости подач. Вертикально-фрезерный станок устроен так же, как и горизонтальный.

Горизонтально-фрезерные станки, у которых стол кроме поступательного перемещения в трех направлениях может еще поворачиваться на некоторый угол вокруг вертикальной оси, называется универсально-фрезерным.

Для обработки металлических изделий применяют продольные и поперечные строгальные станки. Продольно-строгальные станки предназначены для строгания заготовок больших размеров, например станин станков. Стол таких станков перемещается продольно вместе с заготовкой (движение резания), а резцы, закрепленные в суппорте, - поперечно (движение подачи).

Основные части продольно-строгального станка: массивная чугунная станина с продольными направляющими и стол, имеющий пазы для закрепления заготовок. Поперечная траверса перемещается по направляющим поверхностям вверх или вниз. На траверсе имеются направляющие для суппорта.

Движение от электродвигателя через коробки скоростей, ременные передачи, зубчатые передачи и т. д. передается столу и шпинделю.

На продольно-строгальных станках обрабатывают изделия длиной до 12 м одновременно с трех сторон (верхней и двух боковых).

Поперечно-строгальные станки в отличие от продольных имеют небольшие размеры и предназначены для строгания коротких заготовок (не более 600 мм). Стол такого станка вместе с заготовкой перемещается поперек станины (движение подачи), а ползун с суппортом и резцом - вдоль станины (движение резания).

Кулисный механизм позволяет изменять длину и скорость рабочего хода ползуна (резца) и быстро отводить ползун назад (холостой ход).

С коробкой скоростей соединен механизм подачи стола. Подача стола производится посредством зубчатых колес и винтовых пар во время холостого хода ползуна.

Сверлильные станки служат для сверления отверстий в изделиях. Вертикально-сверлильный станок состоит из вертикальной станины, станины, перемещающейся по направляющим, а также из стола и шпинделя со сверлом. Для изменения частоты вращения шпинделя служат ступенчатые шкивы или коробка скоростей.

Подача, т. е. вертикально-поступательное перемещение вращающегося шпинделя вместе со сверлом производится при помощи зубчатого колеса и зубчатой рейки вручную или автоматически. Для одновременного сверления нескольких отверстий применяют многошпиндельные сверлильные станки, в которых одновременно работает несколько режущих инструментов.

Радиально-сверлильный станок предназначен для обработки крупных заготовок. Станок имеет массивную цилиндрическую колонну, по которой вверх и вниз перемещается траверса, одновременно вращаясь вокруг оси. На траверсе расположены продольные направляющие для передвижения шпиндельной головки с закрепленным в ней сверлом. Благодаря такому устройству сверло перемещается в любом направлении без изменения положения обрабатываемого изделия. Станок снабжен коробками скоростей и подач, приводимыми в движение от электродвигателя. Поворот, поднятие и опускание траверсы осуществляет специальный электродвигатель. Для ручной подачи сверла служит маховик.

Шлифовальные станки подразделяются на плоско- и кругло-шлифовальные. Эти станки предназначены для снятия небольшого слоя металла особым режущим инструментом - шлифовальным камнем. Благодаря высокой твердости этих камней на шлифовальных станках можно обрабатывать изделия из твердых металлов.

При обработке металлов резанием используют станки с автоматической системой управления (программным управлением). Человек участвует только в устранении неисправностей: износившегося за смену инструмента, в регулировании (наладке) станка и др.

При изготовлении и ремонте пожарной техники обработка металлов резанием занимает значительное место. На заводах по изготовлению пожарной техники имеются специальные цехи механической обработки с токарными, фрезерными и шлифовальными станками. Пожарные части, в которых выполняют техническое обслуживание и ремонт машин и аппаратов пожаротушения, также оснащены комплектом металлорежущих станков.

При обработке металлов резанием следует выполнять правила техники безопасности. Прежде всего необходимо привести в порядок рабочее место - убрать посторонние предметы и ненужные детали. На рабочем месте могут находиться только заготовки или обрабатываемые детали и необходимый инструмент.

Рабочее место должно быть хорошо освещено, устройства, заземляющие станок, электродвигатель, предохранительные ограждения должны быть исправными, техническое состояние станка и электрооборудования отвечать соответствующим требованиям.

О замеченных неисправностях немедленно сообщить руководителю занятий (начальнику мастерской) и не приступать к работе до их устранения.

Особое внимание надо обращать на надежность закрепления обрабатываемой детали и режущего инструмента, а также на соблюдение технологии при обработке деталей согласно техническим картам.

Во время работы станка запрещается: оставлять без присмотра включенный станок; производить замеры обрабатываемой детали; смазывать, ремонтировать и протирать станок; убирать со станины стружку; передавать или принимать детали через станину станка; снимать и надевать предохранительное ограждение; переключать на ходу скорость станка; тормозить вращающиеся детали станка руками; опираться или садиться на станок и работать в рукавицах.

При появлении в станке посторонних стуков, шумов или других признаков неисправностей немедленно остановить станок и доложить об этом руководителю занятия (начальнику мастерской).

Читайте также: