Токарная обработка: технология, инструмент и оснастка

Особенности обработки

Процесс точения на токарном станке представляет собой одновременное вращательное движение заготовки в горизонтальной плоскости с поступательным движением подачи инструмента, снимающим за один проход вдоль обрабатываемой поверхности определенный слой металла. В процессе обработки заготовка зажимается кромкой резца, а режущий инструмент преодолевает силу трения и удаляет заданную толщину слоя металла.

Особенностью токарного станка является возможность различных сочетаний двух видов движения и установки различных видов резцов, сверл и другого инструмента. Это позволяет обрабатывать цилиндрические, фасонные, конические и другие поверхности, нарезать резьбы, сверлить внутренние отверстия и выполнять другие металлорежущие операции. С помощью точения можно изготавливать гайки, болты, муфты, шкивы, валы и другие детали.

Основные возможности токарной обработки:

• Точение цилиндрических, конических и фигурных поверхностей.
• Вытачивание канавок.
• Нарезание резьб.
• Резание деталей и заготовок.
• Сверление внутренних отверстий.
• Развертывание и зенкование отверстий.

Для точного выполнения токарной обработки используются измерительные инструменты различного типа и точности. Это штангенциркули, микрометры, нутрометры, предельные калибры, линейки и др. С их помощью осуществляется контроль взаимного расположения различных поверхностей, определяются размеры и форма детали.

Режущие инструменты

На токарных станках используется много различных режущих инструментов:

• фасонный инструмент;
• резьбонарезные головки;
• плашки;
• метчики;
• развертки;
• зенкеры;
• сверла;
• резцы.

Токарные резцы – наиболее популярные инструменты. Их используют для нарезания резьб, обработки фасонных, цилиндрических поверхностей, плоских деталей (рис. 2).

Рис. 2. Виды токарных резцов для обработки различных поверхностей: а — внешняя расточка с помощью проходного отогнутого резца; б — внешняя расточка с помощью прямого проходного резца; в — расточка, выполненная с подрезом выступа под углом 90º; г — вырезание канавки по сечению вала; д — расточка галтели по радиусу; е — расточка отверстия; ж и з — нарезка внешней и внутренней резьбы.

Часто на токарных станках производится сверление различных отверстий. Это один из распространенных способов обработки. Его применяют с целью начальной обработки отверстий. Только сверлом можно выполнить черновую расточку отверстия в цельной заготовке. Сверла бывают:

• эжекторные;
• центровочные;
• глубинного сверления;
• перовые;
• спиральные.

Самую большую популярность получили спиральные сверла.

Крепеж режущих инструментов, их движение во время работы токарно-винторезного станка осуществляется различными узлами или сборочными единицами станка. Далее описываются схемы работы некоторых основных рабочих узлов.

Рис. 3. Суппорт: 1 — нижние направляющие продольного суппорта; 2 — винт подачи хода; 3 — поперечные направляющие суппорта; 4 — плита поворота; 5 — направляющие; 6 — держатель резца; 7 — головка поворота держателя резца: 8 — винт, крепящий резцы; 9 — рукоятка поворота держателя резцов; 10 — гайка; 11 — верхние направляющие продольного суппорта; 12 — направляющие; 13 и 14 — ручки; 15 — рукоятка для передвижения суппорта вдоль станка.

На рис. 3 изображен суппорт станка. Его устройство и работа: нижние направляющие 7 подаются по направляющим станины рукояткой 75 и резец двигается в нужном направлении. На салазках, расположенных внизу, по направляющим 12 передвигается поперечный суппорт 3. Он заставляет двигаться резец в сторону, перпендикулярную оси вращения обрабатываемой детали.

Рукояткой 13 по направляющим 5 поворотной станины подаются верхние салазки 77. Вместе со станиной 4 они прокручиваются в плоскости горизонта по отношению к поперечным салазкам 3 и заставляют резец подаваться под углом к оси вращения обрабатываемой детали.

Держатель резца или по-другому, резцовая головка на четыре позиции, прижимается ручкой 9 к верхним салазкам 77. С помощью этого универсального механизма резец мгновенно подается в работу с минимумом затрат времени.

Рис. 4. Держатель резцов: 1 — упорная шайба; 2 — поворотная головка; 3 — оправка с конусом; 4 — ручка; 5 — верхние салазки; 6 — головка с резцами четырехсторонняя; 7 — болт.

Как устроен держатель резцов, видно на рис 4. Центрирующая расточка верхних салазок 5 имеет оправку 3 конической формы с резьбой на конце. Четырехсторонняя резцовая головка 6 расположена на конусе оправки. Когда вращается рукоятка 4, головка 2 двигается вниз вдоль резьбы конической оправки 5.

Шайба 7 вместе с опорным подшипником жестко удерживают резцовую головку 6 на конусе оправки 3. Головка 2 закреплена к резцовой головке 6 с помощью винтов 7. От проворота резцедержатель предохраняет шарик. Он заклинивается между пазом, имеющимся в конусе оправки 3 и отверстием в резцедержателе 6.

В конструкции токарно-винторезного станка основное назначение задней бабки – поддержка слишком длинных деталей в момент обработки. Еще бабка применяется с целью крепежа инструментов, назначение которых – обработка различных отверстий. Это могут быть развертки, зенкера, сверла. И еще – нарезание резьбы – резьбонарезные головки, плашки, метчики.

Рис. 5. Задняя бабка: 1 — картер; 2 — центровочное приспособление; 3, 6 — ручки; 4 — пиноль; 5, 12 и 14 — болты; 7 — маховик; 8 — тяга; 9, 10 — рычаги; 11, 13 — гайки

Задняя бабка наглядно представлена на рис. 5. Маховик 7 раскручивает винт 5 и в корпусе 7 двигается пиноль 4. Она закрепляется ручкой 3. Режущий инструмент либо центр 2 установлен конусным хвостовиком в пиноли. Продольным суппортом либо вручную по салазкам станка задняя бабка совершает движение.

Если бабка неподвижна, она фиксируется ручкой 6. Ручка имеет связь с тягой 8 и рычагом 9. Винтом 72 и гайкой 77 регулируется мощность прижима рычага 9 тягой 8 к станине. Чтобы более жестко укрепить заднюю бабку, затягивают винт 14 и гайку 13. Рычаг 10 прижимает их к станине.

В револьверной поворотной головке, рассчитанной на много позиций, закрепляют разнообразные инструменты на токарно-винторезных станках, когда необходимо обрабатывать детали сложной формы и конструкции. Индексируя (поворачивая) ее, последовательно вводят в рабочий цикл настроенные инструменты.

Модификаторы для станков зависят от назначения и делятся на три группы:

• модификаторы для крепежа деталей на станке;
• механизмы для удержания режущего инструмента при обработке;
• модификаторы для модернизации технологических возможностей станков. Они дают возможность станку осуществлять не свойственные операции. Это фрезерование на токарном станке, выполнение нескольких отверстий одновременно и т. д.

Классификация токарных резцов

Качество и производительность токарной операции напрямую зависят от состояния резца, величины продольной подачи, скорости и глубины резания. Это определяет:

• Темп вращения вала станка и время, затрачиваемое на обработку детали.
• Стойкость резца и толщину снимаемого слоя металла.
• Характер и объём стружки образуемый при проходе рабочего инструмента.
• Поддержание токарного станка в исправном техническом состоянии, исключение предельных нагрузок в процессе работы.

Скорость обработки зависит от характеристик материала заготовки, типа и качества резцов. От параметров обточки деталей и скорости реза зависит частота вращения. Резцы подразделяются на черновые и чистовые. Первые используются для съёма больших слоев металла, чистовые – для получения поверхности с заданными параметрами шероховатости. В зависимости от направления движения инструмента он подразделяется на левый, перемещающийся от передней к задней бабке, и правый, передвигающийся в обратном направлении.

По форме и расположению режущей части резца они подразделяются на отогнутые, прямые и оттянутые. В зависимости от назначения инструмент классифицируется на резьбовой, отрезной, фасонный, проходной, расточной, подрезной и канавочный.

Инструмент для вспомогательных операций

Данный инструмент служит для установки и крепежа режущего инструмента на станке. Он помогает добиться точности и повысить производительность токарной обработки. Его принципы работы одинаковые для всех токарных станков.

Разный по конфигурации только хвостовик, служащий для фиксации приспособления.

Виды вспомогательных инструментов:

• державки байонетного типа;
• державки со сложной конфигурацией и цилиндрическим хвостовиком;
• призматические державки с цилиндрическим хвостовиком;
• цилиндрические державки.

Ограничивают подачу валов и прутков, разворачивают револьверную головку, у которой горизонтальная ось вращения, набор специальных упоров. Они изготавливаются откидные, регулируемые, жесткие.

Технология токарной обработки металла

Основной принцип технологии токарной обработки металла заключается в следующем. Подаваемый инструмент врезается своей режущей кромкой в поверхность заготовки. Слой металла снимается и преобразуется в стружку. Расскажем о ее видах.

1. Ступенчатая. Формируется при обработке заготовок из алюминиевых сплавов и сталей средней твердости на средних скоростях.
2. Стружка надлома. Формируется при токарной обработке материалов с невысокой пластичностью.
3. Элементная. Такая стружка образуется при токарной обработке твердых и маловязких металлов.
4. Слитая. Формируется при высокоскоростной токарной обработке заготовок из мягких материалов. К ним относятся мягкая сталь, свинец, олово, медь, сплавы на их основе, а также полимеры.

Изображение №2: виды стружки, формирующейся при токарной обработке металла

Типы токарных станков

В зависимости от направленности работ, категории автоматизации и специального назначения, металлорежущее оборудование подразделяется на группы, которые затем имеют собственные подвиды:

• токарные станки;
• расточные и сверлильные;
• полировальные, шлифовальные, доводочные и заточные агрегаты;
• зубообрабатывающие приспособления;
• комбинированные;
• протяжные, долбежные и строгальные;
• фрезерные;
• специализированные;
• станки с использованием большого числа резцов;
• другие разного типа.

Конструктивные особенности

В зависимости от конструктивного строения, станки делят на такие разновидности:

• полуавтоматы с одним шпинделем и автоматы этого типа;
• полуавтоматы с несколькими шпинделями и автоматы такого вида;
• станки отрезной и сверлильной группы;
• карусельные;
• револьверные;
• лобовые и токарные;
• агрегаты с возможностью установки нескольких резцов;
• станки для выполнения специальных работ;
• другие разновидности.

Специализация по типам деталей

Специализация к одной или нескольким видам работ дает подразделение станков:

• специализированные агрегаты позволяют точить только детали в ограниченном диапазоне технологических приемов и операций на деталях и заготовках одного названия, на них обычно точат несколько поверхностей, такое оборудование оснащено специальными приспособлениями, его используют в массовом или крупном серийном производстве;
• универсальные агрегаты относятся к наиболее многочисленной группе в токарном парке станков, на них делают все токарные технологические операции и обработки;
• специальное оборудование предназначено для одной или нескольких операций для производства заготовок одного размера и вида, они выпускаются именно в такой интерпретации и на другие операции и детали не перестраиваются.