Токарная обработка резанием: задачи и способы

О чем речь? Токарная обработка резанием – когда с заготовки снимаются слои до достижения заданных параметров. К основным операциям относят: сверление, нарезание, вытачивание, накатывание рифлений и ряд других.

На что обратить внимание? Качество токарной обработки зависит от подбора инструментов и расчета режимов. Во втором случае учитывают скорость, глубину, подачу, мощность, экономические и другие факторы.

Суть токарной обработки резанием

Физическая обработка металла включает активное взаимодействие режущей части инструмента с заготовкой, в результате чего некий ее объем превращается в стружку. Размеры частиц могут варьироваться от крупных фрагментов до тонкой пыли.

Существует несколько способов токарной обработки материалов:

• Лезвийный – применение инструментов: плашки, токарные резцы, сверла, фрезы и метчики. Они могут быть ручными и предназначенными для работы на станках.
• Абразивный – использование шлифовальных дисков, паст, наждачной бумаги и других наждачных материалов. Абразивы обычно содержат кремний. Хотя он не является самым твердым материалом, его оксид, SiO2 (обычный песок), широко доступен и экономически выгоден. Кремний достаточно тверд для обработки прочных сортов стали, таких как сорбит.
• Физико-химический – использование плазмы, обычно холодной, хотя температура в несколько тысяч градусов уже достаточна, чтобы расплавить металл и вырезать необходимый фрагмент. Применяются лазерная резка и электролитическая обработка, которые не связаны с токарной обработкой.

Разделение металла неизбежно ведет к нарушению его структуры прямо в зоне шва. Меняются также физические и химические свойства материала вокруг новообразованных кромок. Иногда эти трансформации затрагивают и области, расположенные на значительном удалении. Опытные токари осознают этот аспект и стараются минимизировать число разрезов.

Металл, удаляемый из зоны шва, преобразуется в стружку или шихту. Есть три основных типа:

• сливная стружка образуется во время обработки мягких металлов;
• скалывающаяся стружка появляется при работе с материалами средней твердости;
• надломленная шихта формируется из хрупких металлов.

Стружка помогает узнать множество важных характеристик:

• какой материал (металл) использовался для создания детали;
• метод и инструмент резки;
• состояние и тип используемого оборудования (станок или ручной инструмент);
• настройки процесса резки.

Анализируя качества стружки, можно судить о профессионализме, знаниях и опыте специалиста.

Важно учитывать, что в процессе создания чертежей для изготовления деталей необходимого размера каждое действие по резке металла требует дополнительных расходов материала. Поэтому в исходные параметры заготовки следует включить припуск, предназначенный для образования стружки, кроме случаев использования ножниц или гильотины для резки листов.

Стружка и шихта всегда приводят к увеличению стоимости полезного остатка, что является нежелательной частью себестоимости готового продукта. В качестве примера: общий вес металла для производства немецкого танка Pkwg-VII («Королевский тигр») достигал 120 тонн, в то время как масса готовой машины составляла лишь 70 тонн. Таким образом, около 50 т разнообразных видов стали тратилось впустую.

Процесс токарной обработки резанием включает в себя три разновидности движений:

• Установочные движения, задачей которых является позиционирование и фиксация режущего инструмента относительно обрабатываемого материала.
• Вспомогательные, необходимые для коррекции местонахождения резца.
• Рабочие движения, разделяемые на основные, связанные с удалением стружки, и подачи, предназначенные для перемещения инструмента вдоль шва.

Технология и задачи токарной обработки резанием

Существуют два вида обработки: ручной и автоматизированный. При первом методе оператор полностью контролирует процесс: размещает деталь, устанавливает инструмент, производит необходимые расчеты, позиционирует суппорт в начальную точку, определяет скорость вращения и режим подачи, корректирует эти параметры во время работы. В его распоряжении находится традиционное устройство, разработанное с использованием старых методов токарной обработки.

Современные аппараты с числовым программным управлением (ЧПУ) автоматически выполняют все задачи (за исключением закрепления заготовки). Однако уже существует техника, оснащенная функцией автоматической фиксации болванки. Эти устройства отличаются высокой точностью и удобством в эксплуатации.

Обработка резанием на токарном станке позволяет выполнять множество разнообразных операций. К основным видам деятельности относятся:

• Обработка внешних цилиндрических или конических поверхностей, которая включает удаление верхнего слоя материала для достижения необходимых размеров и создания определенной шероховатости.
• Сверление, зенкерование и последующее развертывание отверстий.
• Формирование пазов и канавок путем вытачивания.
• Нарезка резьбы (внешней, внутренней), если станок оборудован винторезным устройством.
• Отрезание частей изделия.
• Точная работа с внутренними цилиндрическими и коническими поверхностями.
• Создание фасок на поверхностях.
• Накатывание рифлений для улучшения зацепления или декоративного оформления.

Возможность проведения этих операций зависит от наличия нужного функционала на станке.

Инструменты для токарной обработки резанием

При механической обработке металлов методом резания часто используют резец как основной инструмент. Передняя и задняя его стороны сходятся, формируя основное и дополнительное лезвия для манипуляции. Вершина резца создается в месте их пересечения. Лезвия на таких инструментах всегда имеют клинковую форму в поперечном разрезе.

Для правильной координации размещения поверхностей и лезвий в режущей части оснастки относительно державки важно знать угловые размеры. При анализе геометрических особенностей инструмента основное внимание уделяется главной плоскости, принимают во внимание и плоскости резания и главную секущую.

При металлообработке резанием используется особая оснастка, которая отсекает слои с обрабатываемой детали. Эффективность процесса зависит от качества режущего инструмента, который должен быть изготовлен из высокопрочного материала. Он обязан обладать устойчивостью к высоким температурам и сопротивлением к механическому износу.

В процессе механической обработки металлов и сплавов для изготовления лезвий оснасток используются быстрорежущие стали и различные твердые материалы, включая металлокерамику и минералокерамические сплавы, такие как керметы, а также сверхтвердые материалы и искусственные алмазы. Для повышения прочности твердых сплавов их иногда покрывают слоем титанового карбида или ниобия, а также борида или нитрида толщиной от 5 до 15 мкм.

Режимы токарной обработки резанием

Стоит подчеркнуть, что характеристики рабочего процесса определяются набором параметров, устанавливаемых оператором в соответствии с технологическим процессом. Для сложных изделий расчет режимов резания при токарной обработке проводится на основе технологических чертежей и необходимых допусков. После установки оптимальных параметров резки специалист приступает к выполнению задачи. При смене материала заготовок требуется адаптация режима обработки к новым условиям. Основные характеристики, которые следует учитывать, включают:

• глубину реза (t, мм);
• скорость подачи во время работы (S, мм/об);
• скорость обработки материала (V, м/мин).

Выбор оптимального режима токарной обработки требует учета нескольких ключевых аспектов, включая вес детали, скорость вращения шпинделя и тип используемого режущего инструмента. Точность настройки процесса обеспечивается одним из следующих методов:

• Аналитический опирается на математические формулы и характеристики механизма.
• Программный метод применяется на станках с ЧПУ с использованием специализированного ПО.
• Табличный основан на использовании справочных данных и опыта специалиста.

Подбор определенного метода происходит с учетом основного и дополнительного времени, особенностей процесса обработки и других значимых факторов, определяющих результат.

Расчет параметров для токарной обработки зависит от множества факторов, каждый из которых играет важную роль в определении наилучших условий работы. Это: тип материала изделия, используемый инструмент, характеристики обрабатываемой поверхности и необходимый уровень точности. Рассмотрим основные аспекты, которые необходимо учитывать при расчете режимов резания при токарной обработке:

Скорость резания (V)

При токарной обработке – это темп, с которым рабочая кромка инструмента перемещается по отношению к изменяемой заготовке. Величина скорости зависит от свойств материала изделия, характеристик режущего инструмента и типа поверхности, подлежащей обработке. Для ее точного определения применяется специальная формула:

V = πDn 1000,

где:

• V – скорость резки;
• π — приблизительно 3,14;
• D — диаметр детали;
• n — количество оборотов заготовки в минуту.

Для определения подходящего режущего инструмента важно корректно вычислить параметр.

Подача (f)

Рабочая подача определяет скорость движения инструмента по поверхности заготовки. Эта цифра может быть как постоянной, так и переменной, что позволяет получить требуемую форму детали в процессе выполнения операции.

Глубина резания (AP)

При токарной обработке AP отражает то, насколько глубоко режущий инструмент входит в материал с каждым оборотом. Этот параметр зависит от условий обработки и характеристик используемой оснастки.

Тип инструмента и его геометрия

Режимы расчета учитывают геометрию и размеры режущей кромки, углы ее заточки, а также материал и покрытие рабочей оснастки.

Жесткость системы

Важно понимать, как будут взаимодействовать станок и заготовка в процессе обработки, чтобы избежать вибраций и гарантировать точность выполнения операции.

Тепловые эффекты

Необходимо учитывать влияние температуры на инструмент и заготовку, так как ее изменение может сказаться на качестве изделия и прочности используемых материалов.

Мощность

Этот параметр крайне важен. От него зависит, насколько эффективно и безопасно специалист сможет выполнить задачу. При выборе оборудования и инструментов особое внимание уделяется именно мощности, для чего используется специальная формула:

P = Cp ⋅ txp ⋅ Syp,

где:

• P – сила резки (в кг);
• t – глубина реза;
• Cp – коэффициент прочности;
• S – скорость подачи материала.

Требования к качеству преобразования поверхности

Необходимо установить уровень точности обработки, который будет определять выбор параметров работы станка.

Экономические факторы

При определении наилучших условий работы важно учитывать стоимость материалов, износ оборудования и затраты времени на процесс.

Эти моменты представляют базовые принципы, рассматриваемые при определении параметров токарной обработки. Однако точные расчеты режимов резания требуют учета более специфичных и детализированных характеристик, соответствующих определенной производственной задаче.

Часто задаваемые вопросы о токарной обработке резанием

Когда используется метод адаптивного выбора рабочих параметров?

Иногда используется техника пробных проходов. Она включает обработку малых сегментов заготовки для определения наилучших условий резания.

Как убедиться, что режимы резания при токарной обработке установлены правильно?

Прежде чем приступить к настройке станка по выбранным параметрам, надо удостовериться в их корректности. Это можно сделать, сверяясь с рекомендованными значениями, указанными в техническом паспорте оборудования. Важно, чтобы установленные параметры резания были не ниже нормативных. В противном случае необходимо произвести корректировку данных значений для предотвращения поломки машины во время производства деталей.

Что нужно сделать перед тем, как приступить к работе?

Выбор и анализ материала для заготовки имеет ключевое значение. Важно точно определить тип и состав используемого ресурса, так как это определяет параметры обработки стали и сплавов на станках.

Токарная обработка представляет собой трудоемкий и ответственный процесс, который зависит от глубоких знаний и опыта в определении ее оптимальных параметров. Правильный выбор режимов резания не только продлевает срок службы инструмента, но и гарантирует высокое качество конечного изделия.