2. Токарная обработка

 

Токарная обработка – это обработка металлов резанием, при которой происходит удаление с поверхностей заготовки слоя металла для получения необходимой геометрической формы, точности размеров и шероховатости поверхностей детали. Удалённый слой металла называют припуском. Для осуществления резания инструмент и заготовку закрепляют в рабочих органах станка, обеспечивающих относительные движения заготовки и инструмента.
Движения рабочих органов станка делят на движения резания, установочные и вспомогательные. Движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя металла, называют движениями резания. К ним относят главное движение Dr и движение подачи Ds. За главное принимают движение, которое определяет скорость деформирования и отделения стружки, за движение подачи - движение, обеспечивающее непрерывность врезания режущей кромки инструмента в материал заготовки. Установочными называют движения, обеспечивающие взаимное положение инструмента и заготовки для срезания с неё определённого слоя металла. К вспомогательным движениям относят закрепление заготовки и инструмента, быстрое перемещение рабочих органов станка, переключение скоростей движения резания.
На рис. 2.1 представлена схема обработки заготовок точением.

Рис. 2.1 Схема обработки заготовок точением: 1 – обрабатываемая поверхность; 2 – поверхность резания; 3 – обработанная поверхность; DГ – главное движение резания; DSnp – продольное движение подачи

На обрабатываемой заготовке различают три поверхности: обработанную 3, образованную на заготовке в результате обработки; обрабатываемую 1, подлежащую воздействию в процессе обработки 1; поверхность резания 2, образуемую режущей кромкой инструмента.

2.1. Режим резания

 

Важнейшим технологическим условием механической обработки материалов на станках является режим резания. Элементами режима резания являются: глубина резания, подача, скорость резания и частота вращения шпинделя. Элементы режима резания при токарной обработке указаны на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Элементы режима резания при точении: Dз – диаметр заготовки до обработки; d – диаметр заготовки после обработки; t – глубина резания; Sпр – скорость подачи; V – скорость главного движения

Установление рациональных режимов резания при точении заключается в выборе оптимального сочетания глубины резания, подачи и скорости резания, обеспечивающих наибольшую производительность. Последовательность выбора режима резания:
t → S → V → n,
где t – глубина резания, мм;
S – подача, мм/об (при точении);
V – скорость резания, м/мин;
n – частота вращения, об/мин (мин-1).
Скоростью главного движения резания V (м/мин) называют расстояние, пройденное точкой режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении главного движения резания в единицу времени.
При точении главное движение резания является вращательным (вращение заготовки) и определяется по формуле

V = π·Dз·n / (1000·60),

где V – скорость резания, м/мин;
Dз – наибольший диаметр обрабатываемой поверхности заготовки, мм;
n – частота вращения заготовки, мин-1.
Подачей S называют путь точки режущей кромки инструмента относительно заготовки в направлении движения подачи за один ход заготовки или инструмента. При точении подача характеризуется перемещением инструмента за один оборот заготовки и измеряется в мм/об.
Глубиной резания t называют расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями заготовки, измеренное перпендикулярно к последней и пройденное за один рабочий ход инструмента. При точении цилиндрической поверхности глубину резания определяют по формуле

t = (Dз - d)/2,

где t – глубина резания, мм;
Dз - диаметр заготовки до обработки, мм;
d - диаметр заготовки после обработки, мм.
Глубину резания выбирают в зависимости от величины припуска. Рекомендуется вести обработку за один проход. Минимальное число проходов определяется мощностью станка, жёсткостью детали и заданной точностью обработки.

 

2.2. Токарные резцы

 

Токарный резец – это основной режущий инструмент, используемый при работе на токарных станках.
Токарные резцы классифицируют по следующим параметрам: по материалу режущей части, характеру обработки, направлению движения подачи, конструкции, форме и расположению лезвия, технологическому назначению.
По материалу рабочей части различают резцы из быстрорежущей стали, из твёрдого сплава, керамические, алмазные.
Быстрорежущие стали обозначают буквой Р, следующая за ней цифра указывает среднее содержание вольфрама в процентах. Стали, содержащие кобальт, молибден, ванадий, имеют в маркировке соответственно буквы К, М, Ф и цифры, показывающие их среднее количество в процентах. Например, Р6М5, Р9Ф5, Р10К5Ф2. Инструмент из быстрорежущей стали имеет теплостойкость до 650 °С, повышенную износостойкость и может работать со скоростями до 2 м/с. Быстрорежущие стали умеренной теплостойкости (Р18, Р6М5) предназначены для обработки конструкционных материалов с в  1000 МПа, повышенной теплостойкости (Р9К10, Р10К5Ф5) – для обработки труднообрабатываемых материалов с в  1000 МПа.
Твёрдые сплавы в зависимости от состава делят на следующие группы: вольфрамовая (ВК), титановольфрамовая (ТК), титанотанталовольфрамовая (ТТК). В обозначении сплавов вольфрамовой группы цифра показывает содержание кобальта в процентах, например, в сплаве ВК4 содержится 4 % кобальта Co, остальное - карбид вольфрама WC. В обозначении сплавов титановольфрамовой группы число после буквы Т показывает процентное содержание карбида титана TiC, после буквы К - содержание кобальта Co. Например, в сплаве марки Т5К10 содержится 5 % карбида титана TiC, 10 % кобальта Co и 85 % карбида вольфрама WC. В сплавах титанотанталовольфрамовой группы цифра после букв ТТ показывает суммарное содержание карбидов титана и тантала, а после буквы К - содержание кобальта. Например, в сплаве ТТ7К12 содержится 7 % карбидов титана и тантала (TiC + TaC), 12 % кобальта Co, остальное - карбид вольфрама WC. Твёрдые сплавы обладают высокой износостойкостью и теплостойкостью (до 1250 °С), что позволяет вести обработку со скоростями резания до 15 м/с. Они широко применяются для черновой и чистовой обработки труднообрабатываемых материалов, например, коррозионностойких и жаропрочных сталей.
Керамические инструментальные материалы подразделяют на три группы:
1) оксидная "белая" керамика, состоящая из Аl2O3 с легирующими добавками МgО, ZrO2 и др. Основные марки ЦМ 332 и ВО-13. Применяют для чистовой и получистовой обработки незакалённых сталей и серых чугунов со скоростями резания до 15 м/с;
2) оксидно-карбидная "чёрная" керамика (ВОК-60), состоящая из Аl2O3 (до 60 %), ТiС (до 20-40 %), ZrО2 (до 20-40 %) и других карбидов тугоплавких металлов. Применяют для чистовой и получистовой обработки ковких, высокопрочных, отбелённых модифицированных чугунов и закалённых сталей;
3) керамика на основе нитрида кремния силинит-Р, легированного оксидами иттрия, циркония, алюминия. Применяют для получистовой обработки чугунов.
К сверхтвёрдым материалам относят природные алмазы (А) и синтетические алмазы (АСО, АСР, АСВ), а также материалы на основе нитрида бора BN (эльбор, гексанит, кубонит). Обработку ведут со скоростями резания до 20 м/с. Резцы с алмазными вставками применяют при тонком точении деталей из цветных и неметаллических материалов, материалы на основе нитрида бора – при обработке сталей, чугунов и твёрдых сплавов.
По характеру обработки резцы делят на черновые, получистовые и чистовые. По направлению движения подачи резцы разделяют на правые (рис. 2.3а) и левые (рис. 2.3б). Правые работают с движением подачи справа налево, левые  слева направо.
По конструкции резцы делят на целые, с приваренной или припаянной пластиной из режущего материала, со сменными пластинами. По форме и расположению лезвия относительно стержня резцы подразделяют на прямые (рис. 2.3а, б), отогнутые (рис. 2.3в), оттянутые (рис. 2.3г) и изогнутые (рис. 2.3д).

Рис. 2.3. Типы резцов: а, б – прямые; в – отогнутый; г – оттянутый; д – изогнутый

По технологическому назначению резцы делят на проходные  для обтачивания наружных цилиндрических и конических поверхностей, расточные  для растачивания глухих и сквозных отверстий, отрезные  для отрезания заготовок на части, канавочные (прорезные) – для протачивания канавок, резьбовые  для нарезания наружной и внутренней резьбы, фасонные  для обтачивания фасонных поверхностей, подрезные  для обтачивания плоских торцевых поверхностей.

 

2.3. Устройство токарно-винторезного станка

 

Наибольшее распространение среди токарных станков получили токарно-винторезные станки ввиду своих технологических возможностей. Токарно-винторезные станки по классификации относятся к шестому типу токарных станков, поэтому в обозначении присутствует цифра 6, например, 1К62, 1М63, 16К20 (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Общий вид токарно-винторезного станка: 1 – станина; 2 – передняя бабка; 3 – патрон; 4 – задняя бабка; 5 – пиноль; 6 – коробка подач; 7 – суппорт; 8 – резцедержатель; 9 – фартук; 10 – ходовой вал; 11 – ходовой винт

Станина 1 служит для установки всех частей станка. Верхняя часть станины имеет направляющие для передвижения по ним суппорта и задней бабки.
Передняя бабка 2 неподвижно крепится к станине. Внутри корпуса передней бабки расположена коробка скоростей, создающая необходимую частоту вращения шпинделя, на котором закрепляют обрабатываемые заготовки.
Суппорт 7 предназначен для крепления резцов и сообщения им движения подачи. Суппорт состоит из фартука 9; продольного суппорта, обеспечивающего продольную подачу; поперечных салазок, обеспечивающий поперечную подачу; верхних салазок с закреплённым на них резцедержателем 8.
Коробка подач 6 служит для изменения подачи, т. е. для переключения скоростей ходового вала 10 и ходового винта 11.
Задняя бабка 4 находится с правой стороны станины и служит для поддержания второго конца длинных деталей при обработке их в центрах, для закрепления осевого инструмента (свёрла, зенкеры и другие) и осуществления их подачи. Шпиндель и отверстие пиноли расположены на общей оси, называемой линией центров.
Приспособления для закрепления заготовок. Для установки и закрепления заготовок на токарных станках используют универсальные приспособления (рис. 2.5).

а)

 

б)

в)

г)

д)

Рис. 2.5. Приспособления для закрепления заготовок: а – трёхкулачковый самоцентрирующий патрон; б – упорный центр; в, г – поддерживающие люнеты; д – коническая оправка

Короткие заготовки с соотношением длины к диаметру L/D < 4 обычно закрепляют в четырёхкулачковых и трёхкулачковых самоцентрирующих патронах. На корпусе 1 трёхкулачкового патрона расположены три радиальных паза, по которым перемещаются кулачки 2. В четырёхкулачковых патронах можно устанавливать и закреплять заготовки как цилиндрической, так и нецилиндрической формы.
Закрепление заготовок с отношением L/D > 4 производят в патронах с одновременной поддержкой центром задней бабки. Центры бывают упорные, срезанные, шариковые, обратные и вращающиеся.
Для установки на центрах заготовку необходимо зацентрировать, т.е. сделать центровые отверстия с торцов вала. Центровые отверстия выполняют специальными центровочными свёрлами.
При отношении L/D > 10 заготовку устанавливают на центрах, а во избежание их прогиба под действием сил резания используют люнеты. Неподвижный люнет устанавливают на направляющих станины, а подвижный – на каретку суппорта.
Для установки заготовок типа втулок, колец и стаканов широко используют оправки, простейшая из которых – коническая (рис. 2.5д).
Резцы закрепляют в резцедержателе двумя болтами строго на высоте центров станка и перпендикулярно к оси изделия. При этом вылет резца из резцедержателя не должен превышать 1,5 высоты державки резца. Регулировка по высоте производится специальными прокладками.

 

2.4. Токарные операции

 

По технологическому назначению различают следующие типы резцов: проходные, подрезные, упорные, отрезные, прорезные (канавочные), резьбовые, галтельные, фасонные, расточные (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Типы токарных резцов: а – проходной прямой; б – проходной подрезной; в – проходной упорный; г – проходные отогнутые; д – резьбовой; е – прорезной (канавочный); ж – отрезной; з –– галтельный; и – расточной отогнутый; к – расточной подрезной

Проходные резцы предназначены для обтачивания наружных поверхностей, расточные резцы – для обработки поверхности отверстий.
Проходной прямой резец используют для обтачивания наружных цилиндрических поверхностей и для снятия фасок, проходной отогнутый – для обработки цилиндрических поверхностей, снятия фасок и подрезания торца. Проходной упорный резец применяют для обтачивания наружных цилиндрических поверхностей и для получения уступов при обработке ступенчатых валов. Подрезание торцов выполняют подрезными резцами.
Прорезными резцами обрабатывают кольцевые канавки на цилиндрических поверхностях, отрезные резцы служат для отрезания части заготовки, галтельные – для обработки галтелей, резьбовые – для нарезания наружной и внутренней резьбы.
Сквозные отверстия растачивают расточными отогнутыми резцами, глухие  расточными подрезными.
Обработку отверстий на токарно-винторезных станках выполняют также свёрлами, зенкерами и развёртками. В этом случае обработку ведут с продольным движением подачи режущего инструмента.

 

Техника безопасности

 

  1. На холостом ходу станка проверить исправность органов управления механизмами главного движения, подачи, пуска, остановки; исправность системы смазки и охлаждения. .
  2. В процессе обработки детали и образовании отлетающей стружки при отсутствии специального защитного устройства необходимо надеть защитные очки или предохранительный щиток из прозрачного материала. .
  3. Для предупреждения захвата рук рабочего вращающимися и движущимися узлами и деталями запрещается обслуживание станка в рукавицах или перчатках, а также с забинтованными пальцами без резиновых напальчников. .
  4. В целях безопасности при обработке деталей необходимо применять режимы резания, указанные в операционной карте для данной детали. .
  5. При закреплении детали в кулачковом патроне или при использовании планшайбы следует закреплять деталь на возможно большую длину. Не допускать, чтобы кулачки после закрепления детали выступали за пределы наружного диаметра патрона или планшайбы. .
  6. При отрезании части детали или заготовки большой массы запрещается придерживать рукой отрезаемый конец..
  7. После остановки станка запрещается тормозить руками вращающиеся части станка и детали. .
  8. Устанавливать и снимать режущий инструмент следует только после полной остановки станка. .
  9. Необходимо своевременно удалять стружку со станка и из рабочей зоны, используя для этих целей специальные крючки и щётки-сметки. Не допускать наматывания стружки на обрабатываемую деталь. .
  10. Запрещается обдувать сжатым воздухом обрабатываемую деталь и станок во избежание травмирования стружкой. .
  11. Нельзя производить замеры на вращающейся детали. .
  12. Для удаления стружки и чистки станка необходимо отключить станок от сети и дождаться полной остановки всех рабочих органов, затем смазать трущиеся части станка.