Токарная обработка металла: обзор методов и дефектов

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;
токарно-карусельные станки, 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.

Источник

2 Обработка на токарных станках – виды используемых резцов

Эффективность работы токарных установок зависит от глубины резания, величины продольной подачи изделия для обработки и скорости резки. Именно эти показатели дают возможность достичь:

повышенного темпа вращения шпинделя станка и непосредственно обработки заготовки;
достаточную устойчивость инструмента для резки и требуемый уровень его воздействия на деталь;
максимально допустимый объем стружки, которая образовывается в процессе обработки;
поддержания поверхности станка в состоянии, необходимом для выполнения токарных работ.

Конкретная скорость резки определяется видом обрабатываемого материала, типом используемых резцов и их качеством. Показатель обточки изделий и скорость резки того или иного станка устанавливают частоту, с которой вращается его шпиндель. Плотность и прочие физические параметры деталей можно узнать из соответствующих таблиц и спецификаций изделий.

Резцы для токарных станков могут быть чистовыми и черновыми. Конкретный их вид определяется характером обработки. Геометрические размеры резцов (точнее – их режущей части) дают возможность работать с малой и большой площадью слоя, поддающегося срезанию. По направлению движения резцы делят на левые и правые. Вторые движутся при работе станка к передней его бабке от задней (то есть, справа налево), первые, соответственно, наоборот – слева направо.

По расположению лезвия и форме резцы подразделяют на:

оттянутые (у них ширина крепежной части выше ширины резцов);
прямые;
отогнутые.

По назначению резцы классифицируют на:

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

Геометрия конкретного резца оказывает существенное влияние на качество резания и его точность. Производительность обработки на токарных станках повышается в том случае, когда токарь грамотно подбирает геометрию резца. Для этого ему необходимо знать, что означает понятие «углы в плане». Под таковыми понимают углы между направлением подачи и кромками резца:

вспомогательный – φ1;
главный – φ;
при вершине – ε.

Последний угол зависит от заточки резца, первые два – еще и от его установки. Если главный угол имеет большое значение, стойкость резца уменьшается из-за того, что фактически действует лишь малая часть кромки. При малом его значении резец является более стойким, теплота при обработке отводится более эффективно. Для нежестких тонких изделий обычно выбирают главный угол равный 60–90 градусам, для больших по сечению деталей – 30–45 градусов.

Показатель вспомогательного угла, как правило, равняется 10–30°. Большие его значения не имеют смысла, так как вершина резца будет значительно ослабляться. Для обработки (одновременно) торцовой плоскости и цилиндрической поверхности обычно применяют упорные проходные резцы. Отогнутые и обычные прямые оптимальны для наружных поверхностей заготовки, отрезные – для протачивания канавок и отрезания определенных частей детали, расточные (упорные или сквозные) – для растачивания ранее просверленных с использованием разных видов сверл отверстий.

А вот обработка фасонных поверхностей, у которых образующая линия имеет длину до 40 мм, производится при помощи фасонных резцов:

круглых, стержневых и призматических по конструкции;
тангенциальных и радиальных по движению (его направлению) подачи.

Конструкция резца

Все токарные резцы состоят двух конструктивных элементов:

державки с прямоугольным или квадратным сечением, которая служит для фиксации в резцедержателе;
головки – рабочей части, состоящей из нескольких режущих кромок.

По форме державки резцы могут быть:

прямыми;
изогнутыми;
отогнутыми;
оттянутыми.

По способу изготовления они бывают:

Монолитными (цельными).
Напайными.
С механическим креплением сменных пластин.

Рабочая часть формируется несколькими плоскостями и режущими кромками, форма которых зависит от назначения инструмента. Большинство резцов изготавливается в левом и правом исполнениях и выбираются в соответствии с направлением подачи.

Зачем нужны токарные инструменты по металлу, и какими они бывают?

Сегодня токарные инструменты по металлу широко используются в производстве и изготовлении разнообразных деталей и механизмов при обработке тел вращения. При этом разнообразие технических решений в области токарных режущих инструментов огромно. Выделяют несколько групп:

нейтральные, правые или левые (определяют направление резания);
по материалу – из быстрореза или из твердого сплава;
цельные или составные, состоящие из нескольких элементов.

Приведенная классификация демонстрирует лишь малую часть различий в конструкции. И хотя все они отличаются друг от друга функциональным предназначением, они имеют и некоторые общие черты.

Как правильно выбрать токарный режущий инструмент

Токарные режущие инструменты могут обрабатывать поверхности практически любого типа. В зависимости от используемой державки, можно изготовить деталь как цилиндрическую, так и с фасонной поверхностью

Выбирая инструмент для металлообработки, стоит обратить внимание на множество факторов, определяющих их качество. Так, надежное оборудование не может стоить дешево

Если выбирать между ценой и качеством, лучше сделать ставку на последний аспект, но за качество, конечно, нужно платить. Но при этом следует понимать, что хороший режущий агрегат прослужит намного дольше и в целом позволит сэкономить.

Особое внимание следует уделить материалу режущей части. В настоящее время подавляющее большинство предпочитают выбирать изделия из твердых сплавов, которые наряду с износоустойчивостью позволяют работать практически с любыми металлами

Важной деталью являются режущие кромки. Они должны быть прочными, так как от этого зависит стойкость во время обработки детали

При быстром износе режущей кромки необходимо чаще менять оборудование, а это приводит к увеличению стоимости обработки и, соответственно, себестоимости изделия.

В зависимости от обрабатываемого металла выбирается тот или иной вид твердого сплава, из которого изготовлена режущая часть токарного инструмента по металлу, и режимы резания. Быстрорежущая сталь подходит только для низкой скорости работы и работы с мягкими материалами. А вот изделия из твердого сплава, минералокерамики или кубического нитрида бора – имеют высокий уровень износоустойчивости и позволяют работать с высоким уровнем производительности.

Оснастка для токарного инструмента, срок службы

Если вы решили приобрести токарный инструмент, то стоит заранее подумать о том, какая оснастка вам дополнительно необходима. Дело в том, что ввиду высоких скоростей работы даже самый дорогое оборудование не сможет работать качественно, если оснастка отстает, поэтому необходимо обзавестись державкой. Они помогают удерживать его в фиксированном положении, что положительно сказывается на результатах работы. При необходимости осуществления точного надреза, вы должны быть уверенны в том, что токарный режущий инструмент не соскользнет – это поможет обеспечить державка. Она крепится непосредственно к станку. Многие державки имеют сразу несколько отверстий, что позволит непосредственно в процессе работы менять насадки, что существенно ускорит процесс. Также можно выбрать державки с регулируемым замком, что позволит варьировать поддерживаемый токарный инструмент в заданном диапазоне. Это опять же позволит экономить на оснастке, покупая одно изделие вместо одного.

Основы для начинающих

Специалисты токарного дела занимаются изготовлением деталей для различных машин и механизмов. Их работа заключается в обработке заготовок методом резания, в процессе которого удаляется слой материала определенной толщины в виде стружки.

Вся работа осуществляется на станках, обрабатывающих различные детали с помощью резцов и других инструментов. Приступая к выполнению задачи, токарь четко видит последовательность работы, способ изготовления и обработки.

При этом специалист должен продумать возможность определенного вида фиксации заготовки, подобрать приспособления и инструменты, а также выбрать режим резки. Данный комплекс мероприятий отражается в содержании процесса технологии производства.

Резание

При обработке резанием для изготовления деталей применяется режущий инструмент. После того, как верхний слой металла срезан, получается заготовка детали заданной точности, обладающая определенной формой и шероховатостью. Снятие слоев происходит на металлорежущем станке. В качестве материала для заготовок используется сортовой прокат металлов. К основным видам резания относятся:

Ручная обработка. Газосварщик с помощью газовой горелки режет металл на куски необходимого размера и формы. К такому способу прибегают опытные производства или небольшие мастерские.
Газопламенная обработка. Пламя, которое создает специальная установка, быстро разрезает металлический лист. Этот способ позволяет раскладывать получившиеся заготовки по контейнерам (затем их доставляют на сборочные пункты).
Лазерная обработка. Металл разрезают лазерным лучом. Лазерная обработка не только обладает высокой точностью, но и дает возможность снизить количество отходов. Помимо этого, лазер используют для сварки и нанесения гравировки.
Плазменная обработка. Факел плазмы (высокоионизированный газ) разрезает листы из твердых или специальных сплавов.
Гидроабразивная обработка. Для разрезания металла используется струя воды с абразивом. Проходящая через узкое отверстие вода под большим давлением достигает скорости 900 метров в минуту и режет материал. Процессом управляют компьютерные программы.

Видеокурс Виктора Леонтьева «Токарное мастерство» и учебные видеофильмы

1.1. Устройство токарно-винторезного станка
1.2. Управление токарно-винторезным станком
1.3. Техническое обслуживание токарного станка
Устройство токарно-винторезного станка. Учебный видеофильм
Покупка, эксплуатация и ремонт токарного станка ТВ-4. Учебный видеофильм
Устройство и принцип работы токарного станка с ЧПУ (CNC). Учебный видеофильм

2.1. Эксплуатация трехкулачкового патрона токарного станка
2.2. Установка патрона на станке и проверка точности центрирования
2.3. Растачивание и притирка кулачков токарного патрона
2.4. Восстановление установочной базы шпинделя токарного станка
2.5. Контроль качества токарных патронов

3.1. Измерения штангенциркулем на токарном станке
3.2. Измерения микрометром на токарном станке

4.1. Понятие о процессе резания на токарном станке
4.2. Резцы для токарного станка по металлу
4.3. Инструментальные стали
4.4. Твердые сплавы и материалы
4.5. Сверхтвердые режущие материалы
4.6. Теплообразование при обработке металлов резанием
4.7. Сила резания и жесткость станка
4.8. Деформация инструмента и ее причины
4.9. Жесткость крепления деталей
4.10. Деформация обрабатываемых поверхностей

5.1. Установка резцов на токарном станке
5.2. Использование лимбов
5.3. Осевые упоры на токарном станке
5.4. Работа с упорами продольной подачи
5.4.1. Работа с универсальным упором
5.5. Упоры поперечной и осевой подач

6.1. Размер, отклонения, допуск при обработке заготовок на токарном станке
6.2. Допуски и посадки при обработке на станке

7.1. Базирование заготовок при обработке на станке
7.2. Базы и комплекты баз
7.3. Базирование цилиндров

8.1. Точильные станки и круги
8.1.1 Основные правила работы на точильных станках
8.1.2 Установка шлифовального круга
8.1.3 Правка шлифовальных кругов
8.1.4 Дооснащение настольных точильных станков
Заточка сверл для сверления листового материала
Заточка токарных резцов на технологической пластине
Заточка передних поверхностей токарных резцов
Заточка сверл с плоскими задними поверхностями
Заточка метчиков
Нестандартные заточки сверл

Измерение твердости и температур металлов

9.1. Измерение температур металла по цветам каления и побежалости
9.2. Измерения твердости металла
9.3. Внутренние напряжения в металлах

https://youtube.com/watch?v=Wo_jodq41hY

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.

Металл	Скорость резки, м/мин
Алюминий	250
Латунь	100
Бронза	75
Мягкие виды стали	50
Серый чугун	25
Твердые виды стали	25

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.

Методы мехобработки резанием

Метод	Особенности	Используемое оборудование
Точение, токарные работы	Закрепленная в шпинделе заготовка вращается с определенной скоростью, а установленный в суппорте резец выполняет продольно-поперечные движения. Так обрабатываются тела вращения в форме конуса или цилиндра, спиральные и винтовые поверхности. Кроме строгания (срезания стружки), к токарным работам относятся торцевание, отрезание, снятие фасок, выполнение канавок и обработка галтелей.	Станки токарной группы.
Сверление	Выполнение в заготовках глухих или сквозных отверстий заданного диаметра и глубины, в т. ч. многогранных отверстий. Для сверления различных металлоизделий используются сверла из быстрорежущих сталей, сверла с твердыми сплавами, боразоном, алмазом.	Станки сверлильной группы.
Зенкерование	Вид получистовой обработки материалов, при котором цилиндрические и конические отверстия в деталях доводятся до нужных размеров, гладкости и класса точности. Выполняется при помощи цельных или насадных зенкеров – многолезвийных инструментов с осью вращения.	Сверлильные и токарные станки. Реже – расточные, фрезерные и агрегатные.
Шлифование	Технология чистовой и отделочной металлообработки, при которой с поверхности деталей снимается тонкий слой материала. В результате изделия доводятся до нужных размеров и заданного уровня шероховатости.	Шлифовальные станки с абразивными кругами разной зернистости, для цветных металлов – алмазные инструменты.
Фрезерование	Бывает фасонным, концевым, периферийным и торцевым. Вращающаяся фреза воздействует на продольно движущуюся заготовку и вытачивает необходимые элементы. Фреза движется в нескольких направлениях и позволяет выполнять множество операций. Так производится фрезеровка профилей, создаются канавки, подсечки, шпонки, колодцы, полости и отверстия, наносятся фаски и резьба.	Фрезерные станки с разнообразными фрезами.
Зубофрезерование, зубонарезные работы	Тип лезвийной металлообработки, в результате которого с высокой точностью, отличным качеством поверхности, одинаковым шагом и глубиной резьбы нарезаются зубчатые колеса эвольвентного профиля. Так производятся червячные колеса, всевозможные детали с прямыми и косыми зубьями, цилиндрические колеса внешнего зацепления.	Зубофрезерные станки с червячными модульными фрезами.
Долбление	Вид металлообработки, близкий к строганию. Основной инструмент – долбяк – выполняет возвратно-поступательные движения, придавая заготовке необходимые размеры и формы. Он выполняет шпоночные пазы, шлицы, зубья.	Вертикально-долбежные станки, строгальные, универсально-фрезерные, вертикально-фрезерные с долбежными головками.

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.

Геометрия резцов

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

стержневые;
круглые;
призматические.

По движению подачи фасонные резцы делятся на:

тангенциальные;
радиальные.

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

Работы, выполняемые на токарных станках

На токарном оборудовании производятся детали типа тел вращения:

втулки;
шкивы;
валы;
кольца;
зубчатые колеса;
гайки;
муфты, прочее.

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.

Вытачивание полостей

Прежде чем создавать углубление в детали, выполняют ее черновую обработку. Это удобнее сделать при обычном межцентровом креплении. В ходе черновой обработки формируют наружную поверхность изделия, намечают параметры углубления.

Заднюю бабку станка снимают, она не понадобится. Отрезают заготовку необходимой длины и устанавливают ее в фиксатор передней бабки. Проверяют надежность крепления. Подручник поворачивают перпендикулярно заготовке, включают станок. С помощью полукруглого резца начинают точение полости.

Удобнее работать, если предварительно просверлить в центре заготовки отверстие нужной глубины.