что такое токарная обработка металла
Токарная обработка металла: оборудование и виды работ
Токарные работы – это широкий спектр процедур по механической обработке металлических деталей. Она проводится посредством срезания слоя металла с заготовки специальными инструментами с целью получения детали нужной формы и размеров. Готовое изделие должно соответствовать определенным допускам и стандартам качества. Для контроля производимых деталей используются различные измерительные инструменты, калибры, эталоны.
Принцип токарной обработки
Основы токарной работы заключаются в срезании с металлической заготовки тонкого слоя металла до получения требуемой формы детали и шероховатости ее поверхности. Выполняются эти работы на специальном токарном оборудовании с применением различных режущих инструментов.
Токарная обработка металла подобна процессу расклинивания его приповерхностного слоя посредством острой кромки рабочего инструмента. Под воздействием механического усилия кромка врезается в заготовку, снимая тонкий слой металла и превращая его в стружку. Слой металла заготовки, срезаемый в процессе токарной обработки, называется припуском.
Чтобы обеспечить требуемое качество токарных работ следует обеспечить непрерывность и высокую скорость резки металла заготовки. Для каждого металла есть своя скорость резки, ее величина указана в таблице.
Скорость резки, м/мин
Твердые виды стали
Форма будущей детали формируется за счет относительного движения инструмента и заготовки, а также геометрии кромки используемого инструмента. Режущий инструмент может совершать поступательное движение поперек/вдоль изделия, а также под постоянным/меняющимся углом.
Оборудование и инструментарий
Технология токарных работ предусматривает использование специального оборудования – токарные станки. С их помощью производятся детали, форма которых является телом качения. В современном производстве используют семь основных видов токарных станков:
Работая на токарном станке, используют различный инструментарий:
Работы, выполняемые на токарных станках
На токарном оборудовании производятся детали типа тел вращения:
Для этого проводится механическая обработка разных поверхностей, вытачиваются канавки, выполняется сверление, зенкерование, растачивание, нарезание резьбы, прочее. Рассмотрим особенности основных видов работ на токарном станке.
Обтачивание цилиндрических поверхностей
Чтобы обрабатывать гладкие цилиндрические поверхности используют проходные резцы (черновые и чистовые) в два приема. Изначально работают черновым (Рис.1), выполняя грубое обтачивание.
Рис.1. Виды резцов, а – прямые, б – отогнутые, в – исполнение Чекалина
После черновой обработки, поверхность имеет высокую шероховатость и крупные риски. Чтобы их удалить пользуются чистовыми резцами (Рис.2).
Рис.2. Виды резцов, а – нормальный, б – с широкой кромкой, в – отогнутый, конструкция Колесова
Нормальные чистовые резцы используются при точении с малой подачей и небольшой глубиной срезания слоя металла. Инструмент с широкой кромкой используется для больших подач и позволяет получить гладкую поверхность.
Подрезание торцов, уступов
Для подрезания используется специальный инструмент – подрезной резец (Рис.3).
Рис.3. Подрезание в центрах, а – подрезной резец, б – подрезание торца с полуцентром
Подрезной инструмент используется для точения детали в центрах, если нужно выполнить обработку торца полностью, в заднюю бабку станка нужно вставить полуцентр и таким способом выполнить точение.
Когда заготовку фиксируют в патроне только одним концом, то для обработки торца можно пользоваться проходным отогнутым резцом. Для выполнения этой процедуры, а также для протачивания уступов применяются подрезные резцы упорного типа. Этот инструмент может работать с продольной и поперечной подачей (Рис.4).
Рис.4. Подрезание торцов разным резцом, а – проходным отогнутым, б – подрезным упорным
Подрезая торцы, нужно следить, чтобы вершина режущей кромки располагалась на уровне центров. Инструмент, размещенный выше или ниже центров, оставит на торце сплошной неподрезанный выступ.
Проточка канавок
Работы, выполняемые на токарных станках по вытачиванию канавок, проводятся с помощью прорезных резцов, кромка которых и воспроизводит форму нужной канавки. Поскольку обычно ширина канавки небольшая, нужны резцы с узкой кромкой, из-за чего она получается достаточно хрупкой. Чтобы увеличить точность работы такими резцами высоту их головок делают больше их ширины в несколько раз.
Вытачивают канавки также и отрезными резцами, которые имеют головку большей длины. Длину головки выбирают, исходя из размеров будущей детали, она должна быть на 50% больше величины ее диаметра.
Рис.5. Резцы подрезного и отрезного типа
Устанавливая резчик (отрезной, прорезной) на станок, нужно соблюдать точность монтажа. Перекос при монтаже приведет к тому, что резец будет тереться о стенки вытачиваемой канавки – это приведет к изготовлению бракованных деталей и поломке режущей кромки.
Вытачивая узкие канавки, делается один проход, а для широких канавок выполняется несколько проходов.
Вытачивание конусов
Если на детали нужно сделать наружный или внутренний конус пользуются следующим приемом. Заготовка крепится в патроне станка, верхняя часть суппорта поворачивается на угол, величина которого равна половине значения угла при вершине конуса. Выполняют протачивание заготовки, смещая инструмент посредством верхних салазок суппорта. Этот способ больше подходит для вытачивания конических элементов небольшой длины.
Рис.6. Вытачивание конусов при поперечном смещении заднего центра
Если нужно выточить длинный или пологий конус, то смещают задний центр. Для этого задняя бабка станка передвигается от себя /к себе на необходимое расстояние. Когда заготовка зафиксирована в центрах таким образом, что широкая область конуса находится у передней бабки станка, то заднюю бабку нужно смещать от себя и наоборот.
Сверление отверстий
На токарном станке отверстия сверлятся перовыми или спиральными сверлами. В перовом сверле есть две плоские лопатки, имеющие две режущие кромки, плавно переходящие в стержень. Величина угла при вершине перового сверла находится в пределах 116-118°. В некоторых случаях значение может меняться в диапазоне 90-140°, зависит от твердости обрабатываемого металла. Для металлов с высокой твердостью используются сверла с большим углом. Перовое сверло обеспечивает низкую точность высверливаемых отверстий.
Рис.7. Перовое сверло
Спиралевидные сверла обеспечивают более высокие показатели точности сверления и являются основными для работ на токарных станках. Сверло состоит из рабочей части и хвостовика, реализованного в виде цилиндра или конуса. С помощью хвостовика сверло закрепляют в патроне или пиноли станочной бабки.
Рис.8. Спиральные сверла, а – конический хвостовик, б – цилиндрический хвостовик
Рабочая часть спирального сверла реализована в виде цилиндра с двумя винтообразными канавками, формирующими режущие кромки. Посредством этих канавок происходит выведение стружки наружу. В головке сверла есть две поверхности (передняя, задняя) и две кромки, которые соединены перемычкой. Значение угла в вершине винтового сверла находится в тех же пределах, что и для перового сверла.
Что такое токарная обработка и ее виды
Токарная работа на станке — распространенная технология обработки металла с целью изготовления изделий необходимой формы. Она основана на процессе снятия с заготовки слоев различной величины. Образующаяся при этом поверхность должна соответствовать требуемым параметрам, быть шероховатой.
Выполнение этой процедуры становится возможным благодаря вращению детали. Движение задают резцы и прочие токарные инструменты. Начало работы предусматривает необходимость закрепления металлического цилиндра с помощью шпинделей, один из которых вращается свободно и отвечает за фиксацию, а второй выступает в роли ведущего элемента (именно он заставляет заготовку вращаться и регулирует скорость).
Большое значение в токарной обработке имеет правильно выбранный скоростной режим. Профессиональные станки отличаются высокой мощностью, но это не означает, что работа постоянно происходит на максимальной скорости. Здесь необходимо отталкиваться от некоторых факторов, которые в комплексе со скоростью влияют на качество получаемых деталей. К примеру, длинный вал при увеличении скоростного режима будет выдавать возрастающую вибрацию, сопровождающуюся большой погрешностью.
Также скорость режима зависит от типа токарной обработки:
Предполагается, что одна деталь проходит каждый вид перечисленных обработок с выбором подачи. Также в зависимости от этого используются различные инструменты для работ по металлу.
Используемый для обработки резец должен иметь достаточную прочность (выше, чем у материала заготовки) и меньшую хрупкость. Также важно, чтобы он был хорошо заточенным. В зависимости от поставленной задачи используется конкретный вид резцов. Они устанавливаются в суппорт, оснащенный надежными фиксаторами, регулируемым углом поворота и наклона.
Операция обработки на токарном станке подразумевает выполнение двух движений:
Виды стружки при токарной обработке
Технология использования токарного станка предусматривает снятие верхнего слоя с заготовки, в результате чего образуется стружка:
Стружка — естественные отходы токарного процесса. Химические свойства металла, из которого она состоит, не нарушаются, поэтому ее можно использовать для повторной переплавки.
Во время токарных работ важно следить за своевременным удалением стружки с рабочей поверхности. При использовании специализированного токарного оборудования эта функция реализуется автоматически.
С помощью каких инструментов осуществляется обработка металла на токарном станке
Основной токарный инструмент — резец, который может быть изготовлен из:
Наиболее распространенным является токарный резец, который бывает:
Виды токарных вспомогательных инструментов:
Особенности оборудования и его работы
Токарные станки бывают автоматизированными (ЧПУ) и предназначенными для ручной работы. Современные ЧПУ оснащены числовым пультом для самостоятельного, автоматического решения необходимой задачи. Единственным исключением является функция установки болванки — это действие должен выполнить оператор. Аппараты такого типа отличаются высокой точностью и простотой использования.
Применение токарных ручных станков предусматривает необходимость установки заготовки, резца, проведения расчетов, направления суппорта на исходную точку, выбора скорости вращения и режима подачи. Кроме того, во время работы мастер должен самостоятельно менять все заданные параметры.
В отдельную категорию входят также станки:
Какие операции можно выполнять на токарных станках
Токарное оборудование используется для:
Разнообразие видов работ делает станки незаменимыми в обработке:
Схема обработки на токарном станке
Для запуска новой серии изделий на любом предприятии разрабатываются схематические изображения, которые играют роль технического задания для токарей. Они позволяют намного упростить и сэкономить время работ по металлу, поскольку мастеру не приходится самостоятельно подбирать режим, скорость, нужный резец. Предварительно проводят проверку схем во избежание различных дефектов. Также это позволяет вычислить более точные параметры изделий, что особенно важно для серийного токарного производства.
На ней представлены основные параметры, которые при необходимости корректируют для достижения максимальной точности обработки деталей.
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:
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:
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:
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:
Различаются резцы и по цели применения:
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:
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.
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:
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:
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:
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.
Как правильно проводить токарную обработку?
В машиностроении доля токарных станков составляет до 70% металлорежущего оборудования. На нем изготавливаются многие детали. Токарная обработка характеризуется быстрым вращением заготовки и закрепленным неподвижно на суппорте резцом, перемещающимся вдоль или поперек оси крутящейся детали. В результате получаются детали цилиндрической и конической формы.
Токарная обработка
Оборудование и инструмент
На токарных станках производят обработку заготовок при их вращении вокруг горизонтальной и вертикальной оси. Основной применяемый инструмент — резцы. Все токарное оборудование маркируется цифрой «1» и делится на 9 видов с учетом особенностей устройства.
Инструмент вращается с помощью специального приспособления на суппорте. На токарном станке производятся шлифовальные и фрезерные работы.
Виды токарных станков
Различают основные виды токарных станков, применяемых на производстве:
Наибольшее распространение имеют токарно-винторезные станки. На них обрабатываются длинные детали типа вала и короткие цилиндрические.
Карусельные используют для изготовления втулок, колец и других крупных деталей, у которых диаметр больше высоты.
Классификация резцов
По расположению режущей кромки и направлению движения суппорта, резцы делятся на два типа:
По форме рабочей части:
Для обработки снаружи используют виды резцов, названные по производимым им операциям:
Токарное оборудование широко применяется для обработки торцов. При этом устанавливают торцовые и отрезные резцы на суппорт. Кроме этого на задней бабке крепятся:
Существуют определенные геометрические параметры резца, которые предъявляются к клину. Режущая кромка может располагаться под углом к направлению движения и перпендикулярно. У отрезных инструментов — параллельно оси вращения.
Токарная обработка металла
Внедрение ЧПУ
С появлением станков с ЧПУ значительно упростилась обработка деталей со сложными поверхностями радиальной и эвольвентной формы. Повысилась производительность при изготовлении крупных партий.
На одной установке делается несколько операций, включая фрезеровку. Оборудование может иметь 2 подвижных суппорта и несколько револьверных головок.
Особенности процесса
Отличительной особенностью токарной обработки металла является вращение обрабатываемой заготовки и неподвижное закрепление резца. Это позволяет изготавливать валы и другие детали с большим количеством цилиндрических и конических поверхностей.
Точение относится к высокопроизводительным механическим обработкам, дающим высокую точность размеров и хорошее взаимодействие сопрягаемых деталей.
Режимы обработки
Металл, обрабатываемый точением, имеет различные качества: твердость, вязкость, пластичность. Все они требуют разного угла заточки резца и скорости резания. Перед выдачей чертежей в работу технологи делают расчеты режимов резания при токарной обработке. На их основе производится нормирование по затратам времени на выполнение каждой операции. К режимам резания относятся:
Качество и скорость обработки — противоположные показатели при точении. Они зависят от глубины реза и подачи инструмента. Чем больше стружки снимается за один проход, тем больше погрешность в размерах и шероховатость поверхности.
Первоначально делается черновое точение — снимается большой слой металла проходным резцом с кромкой, образующей острый угол к оси вращения заготовки. Затем ставится инструмент с большой площадью контакта по обрабатываемой поверхности и делается чистовая обработка — снимается тонкий слой металла боковой гранью резца и одновременно происходит сглаживание гребешков кромкой, расположенной вдоль оси заготовки.
Чем мягче металл, тем меньше угол заточки — острее резец. Чугун и высоколегированные стали обрабатываются квадратными пластинами. Для алюминия и бронзы делают заточку в 30⁰.
Токарная технология
При обработке на токарных станках резец, перемещаясь вдоль заготовки, врезается в ее поверхность. Режущая кромка отделяет узкую полоску металла — стружку. Ширина и толщина стружки задаются станочником.
Технология обработки позволяет изготавливать валы с большим количеством переходов и размеров. При этом все цилиндры и конусы соосны, поскольку вытачивались с одной установки. Сверловка торца и другая обработка делаются без переустановки детали. Неподвижный инструмент закреплен жестко, что позволяет в несколько раз увеличить скорость обработки.