Токарная обработка металла: принципы и методы

О чем речь? Токарная обработка металла – незаменимый метод в современной промышленности, позволяющий получить заданные параметры детали путем снятия верхнего слоя с заготовки. С его помощью выполняют канавки, отверстия, резьбу, а также проводят иные операции резания.

На что обратить внимание? Главные параметры в токарной обработке – точность размеров и качество поверхности. Для их соответствия с документаций используется различная оснастка и оборудование.

Суть и задачи токарной обработки металла

Технология обработки точением — это процесс снятия с заготовки слоя металла заданной толщины. Точение производится на специальном станке путем одновременного вращения заготовки в горизонтальной плоскости и подачи режущего приспособления.

В процессе токарной обработки металла деталь надежно закрепляется в оборудовании, а резец обрабатывает поверхность заготовки в заданном направлении.

Специфика токарного станка состоит в том, что он может сочетать два вида движения и использовать разные инструменты для резки и обработки. Этот метод активно используется для изготовления изделий различной формы: цилиндрических, фигурных, конических и т.д. Посредством обработки металла на токарном станке можно сформировать на поверхности элемента резьбовой профиль, получить круглые отверстия разного диаметра, а также осуществлять другие действия. С помощью этого метода производятся такие изделия, как гайки, болты, муфты, шкивы, валы.

Основные виды токарных работ:

• Точение деталей различных форм.
• Отрезка и обработка канавок.
• Резьбонарезание.
• Резание элементов.
• Сверление и обработка отверстий: стачивание, развертывание и зенкование.

В токарной обработке используются различные контрольно-измерительные приспособления и инструменты. Среди них штангенциркули, микрометры, нутрометры, предельные калибры, линейки и т.п. Они предназначены для контроля размеров и формы изделия, а также взаимного расположения поверхностей.

Устройство и виды токарных станков

Оборудование последнего поколения отличается от деревянных предшественников. Ключевой принцип работы остался прежним, но электродвигатель заменил ручной привод. Кроме того, токарный станок по металлу стал намного больше по размеру.

Основные составляющие токарного станка:

• станина ― самая крупная конструкция, на которую крепятся другие узлы и механизмы;
• шпиндельная бабка ― отвечает за крепление и вращение заготовки;
• суппорт ― перемещает режущий инструмент и управляет механизмом подачи;
• задняя бабка ― фиксирует длинномерные детали.

Сначала обрабатываемый элемент надежно зажимается. Привод запускает вращательные движения. Режущий или фрезеровочный инструмент начинает точение металла.

Для токарных работ используются специальные инструменты. Их несколько видов, отличающихся в зависимости от типа поверхности, необходимой точности обработки и типа станка.

Основные виды станков для обработки металла:

1. Винторезные. Это классический вид токарных станков с традиционным принципом действия. Они позволяют осуществлять ряд операций:
   • обточка и расточка конических поверхностей;
   • резьбонарезание;
   • обточка и расточка наружных цилиндрических поверхностей;
   • сверление и обработка отверстий (зенкерование, развертывание);
   • создание рельефного рисунка заданной формы;
   • подрезка и обработка торцов и уступов;
   • прорезание и обработка канавок;
   • отрезание заготовки;
   • нарезание внешних и внутренних резьб.
2. Карусельные. Предназначены для работы с деталями больших габаритов и массы.
3. Револьверные. Используются для обработки элементов из прутка, разного рода поковок и отливок.
4. Лоботокарные. Предназначены для обработки заготовок шкив, колес, маховиков, фланцев, звездочек и других деталей сложной формы.

Виды резцов для токарной обработки металла

Широкий спектр операций по обработке металла возможен благодаря разнообразным инструментам. Основное рабочее приспособление ― резцы. Они отличаются друг от друга по форме режущей кромки, определяющей тип токарной обработки металла.

Резцы делают из металлов. Они прочнее заготовок, которые обрабатывают. Используется вольфрам, титан, тантал. Есть керамические и алмазные режущие инструменты, которые применяются для высокоточной обточки.

Эффективность работы токарного станка зависит от глубины и скорости обработки, а также от величины продольной подачи элемента.

Эти показатели определяют:

• высокую частоту вращательных движений шпинделя устройства и обработки заготовки;
• максимально допустимое стружкообразование;
• высокую степень устойчивости механизма для рассекания.

На скорость работы режущего инструмента влияет разновидность металла, тип и качество инструмента. Режим обточки и скорость рассекания определяют скорость вращательных движений шпинделя.

Токарный станок может быть оборудован чистовыми или черновыми режущими приспособлениями.

Размеры резца позволяют срезать определенный слой металла. Принято деление на правые и левые режущие приспособления, отличающиеся направлением движения.

Виды резцов по размещению лезвия и форме:

• отогнутые ― с очевидным загибом профиля;
• прямые ― державка и головка располагаются на одной оси;
• оттянутые ― головка уже державки.

Виды резцов по назначению:

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

Высокое качество, скорость и точность точения можно достичь, правильно подобрав геометрию режущего приспособления. Важно учитывать углы между направлением подачи и режущими кромками.

Возможны следующие варианты углов токарного резца:

• вспомогательные;
• основные;
• при вершине.

Если основной угол большой, то стойкость режущего инструмента будет ниже. Обработка коснется только маленькой части кромки. Если основной угол маленький, то стойкость резца будет высокой. Это позволит осуществлять эффективное точение металла.

Для тонких элементов средней жесткости устанавливается основной угол ― 60-90°, а для заготовок с большим сечением ― 30-45°.

Вспомогательный угол устанавливается в значении 10-30°. Если он будет больше, то это ослабит вершину режущего инструмента. Для обработки торцовых, сферических и цилиндрических элементов заготовок упорные проходные резцы работают одновременно. Для внешних частей деталей применяются отогнутые и прямые режущие инструменты, а отрезные ― для обточки канавок и отрезания частей заготовок.

Обработка фасонных поверхностей, имеющих линию до 40 мм, производится фасонными режущими инструментами, стержневыми, тангенциальными и радиальными (по направлению подачи).

Стружка при токарной обработке металла

Точение на токарном станке включает ряд операций. Режущий инструмент срезает слой материала. В момент взаимодействия с заготовкой на кромку резца действуют сила сопротивления. В результате ее преодоления происходит стружкообразование. Тип образующейся стружки определяется свойствами материала, геометрией инструмента, скоростью резания и подачи.

Основные виды стружки при токарной обработке металла резцами: элементная, ступенчатая, сливная.

При обработке заготовки осуществляется процесс измельчения стружки, в результате которого она делится на отдельные элементы.

Способы дробления стружки:

• Дробление стружки на автоматах продольного точения. Режущий инструмент разрывает стружку вдоль кромки на высокой скорости и поверхностном резании.
• Поперечное. Режущий инструмент разрывает стружку перпендикулярно кромке и делит ее на небольшие отрезки. Это происходит при глубоком резании на малой скорости.
• Комбинированное. Используется продольное и поперечное дробление стружки. Это связано с отличающимися условиями резания на разных участках резца.

Способы дробления стружки определяют качество обработки, износ резца и то, насколько эффективно точение металла. Именно поэтому важно установить оптимальные характеристики резания. Это гарантирует высококачественную обработку заготовки и длительный срок работы инструментов для токарной обработки металла.

Причины брака в токарной обработке металла

Увеличенная шероховатость

Данный дефект обусловлен следующими факторами:

• Высокая скорость подачи.
• Вибрация и дрожание, возникающие при резании.
• Поломка подшипников шпинделя.
• Неправильное закрепление элемента.
• Увеличение зазора между элементами суппорта.
• Слабая фиксация режущего инструмента.
• Малый радиус резца при вершине режущей кромки.
• Плохая заточка режущего инструмента.
• Высокая ударная вязкость металла.
• Режущий инструмент неправильной геометрической формы.

Названые дефекты можно устранить посредством снятия тонкого слоя материала.

Овальная форма заготовки

Некорректная обработка заготовки может быть связана с биением шпинделя из-за следующих причин:

• Подшипники вырабатываются неравномерно.
• Неровный износ шейки шпинделя.
• Загрязнение конуса шпинделя мелкой стружкой.

Появление перечисленных дефектов можно предотвратить, если:

• регулярно проверять технологическое оборудование;
• своевременно ремонтировать токарные станки и осуществлять замену элементов;
• очищать передние центры и конусы.

Важно периодически проверять корректность установки детали в патроне. Мастер оценивает радиальное и торцевое направление. Так минимизируется риск биения, а значит, увеличивается эффективность токарной обработки металла.

Конусность поверхности

Брак связан со смещением заднего центра по отношению к переднему из-за мелкой стружки или загрязнений в коническом отверстии пиноли. Дефект можно устранить следующим образом:

• отрегулировать задний центр;
• убрать все загрязнения из центра и пиноли;
• правильно установить заднюю бабку.

Если используется карусельное оборудование или станок без задней бабки, то нужно отрегулировать линейное перемещение инструментального суппорта вдоль оси вращения шпинделя.

Несоответствие габаритов детали заданным параметрам

Отклонения от установленных параметров после обработки возникают в связи со следующими причинами:

• некорректная глубина резания;
• ошибочные измерения при снятии пробной стружки.

Если диаметр заготовки меньше заданных параметров, то такой дефект не устранить. Если диаметр больше, то снимается лишний слой.

Обработка не всей поверхности заготовки

Данный дефект появляется вследствие следующих факторов:

• ошибочные начальные размеры элементов;
• неправильный припуск на точение;
• некорректная правка элемента;
• ошибочная установка;
• некорректная выверка;
• ошибочная установка центровых отверстий;
• некорректное положение задних центров.

Как правило, такие дефекты не получается устранить. Исключить брак можно, если следить за следующими параметрами:

• правильность расположения отверстий;
• проверка установки задних центров;
• контроль надежности установки детали;
• правильная установка припусков;
• снятие замеров с детали перед обработкой;
• тщательная правка перед фиксацией в токарном оборудовании.

Часто задаваемые вопросы о токарной обработке металла

Какие основные правила техники безопасности?

Обязательно используйте защитную экипировку. Это роба, очки, головной убор, закрытая обувь. Так вы минимизируете риски ожогов или ранения осколками в процессе токарной обработки металла. Запрещена работа на станке в перчатках.

В чем плюсы токарной обработки?

Основные преимущества:

• Чистота обработки поверхности.
• Высокая точность обработанных элементов.
• За один цикл можно обработать детали со сложными характеристиками.
• Стружка, которая образуется в процессе обработки, плавится и может использоваться в дальнейшем.
• Возможность изготовления габаритных элементов на специализированном оборудовании.

Какие есть виды токарного оборудования с ЧПУ?

Существует 3 вида систем, используемых при токарной обработке металла с ЧПУ:

• Замкнутые ― анализируют 2 потока информации от устройства считывания и устройства измерения.
• Разомкнутые ― используется 1 поток информации. Устройство расшифровывает данные. После этого они подаются устройству обработки.
• Самонастраивающиеся ― система высокоточной обработки металла, так как в процессе работы происходит корректировка данных (при необходимости).