Обработка металла на токарном станке: виды работ, оборудование

Принцип токарной обработки

Токарная обработка представляет собой разновидность механической обработки непрерывно вращающихся заготовок, которая используется для создания деталей типа тел вращения путём удаления избыточного материала.

Для токарной обработки требуется токарный станок, заготовка, зажимное/фиксирующее приспособление и режущий инструмент. Заготовка представляет собой фрагмент прокатного профиля круглого поперечного сечения, который закреплён в рабочем приспособлении. Последнее, в свою очередь которое, само прикреплено к токарному станку, допуская своё вращение с достточно высокой скоростью. Резец, который выполняет формообразование, как правило, представляет собой одноточечный (иногда – многоточечный) режущий инструмент, который также закреплен в токарном станке. Режущий инструмент подаётся к вращающейся заготовке и, в процессе силового контакта с ней срезает материал в виде мелких стружек.

При производстве вращающихся, обычно осесимметричных, деталей токарная обработка находит применение для:

1. Получения отверстий – гладких и под последующую резьбу.
2. Производства пазов и галтельных канавок.
3. Получения конических поверхностей.
4. Выполнения ступенчатых диаметральных переходов.

Точением можно получать также и фасонные поверхности. Для этого применяют станки-автоматы или токарные обрабатывающие центры, на которых имеется возможность автоматической переустановки резца/резцов.

Детали, которые изготавливаются исключительно токарной обработкой, чаще применяются с ограниченной программой выпуска. Это могут быть эталонные прототипы валов или и крепёжных изделий, которые производятся по индивидуальному заказу, а затем используются от отработки технологических решений в массовом производстве. Обработка на токарном станке часто применяется в качестве вторичного (или финишного) процесса, когда требуется внести некоторые характеристики контура детали, позволяющие улучшить её геометрические показатели, полученные, например, горячей штамповкой. Благодаря малым допускам и высокому качеству поверхности, которые может предложить токарная обработка, процесс идеально подходит для создания прецизионных деталей типа тел вращения.

Основные виды токарных работ по металлу

Современные токарные станки позволяют выполнять с обрабатываемой заготовкой различные переходы, которые можно подразделить на внешние и внутренние. Внешние операции изменяют наружный диаметр заготовки, а внутренние операции изменяют внутренниё её размеры. Каждый из последующих переходов точения определяется типом используемого режущего инструмента фрезы и траекторией движения этого инструмента, обеспечивающей съём металла.

При классической токарной обработке внешнего контура однолезвийный металлорежущий инструмент перемещается в осевом направлении вдоль наружной поверхности заготовки, удаляя материал и формируя различные элементы: ступеньки, конусы, фаски и т.п. Эти элементы обычно обрабатываются при небольшой радиальной подаче инструмента. Возможно несколько проходов резца, пока не будут достигнуты значения конечного диаметра, установленные требованиями чертежа.

Специфическими переходами при точении металлов считаются:

1. Торцевание – процесс получения гладкой ровной поверхности на одном из торцов заготовки. Торец может быть получен за один или несколько проходов, в зависимости от осевой глубины резания.
2. Обработка канавок, для чего резец перемещается с радиальной подачей, образуя канавку, ширина которой соответствует ширине инструмента. Для формирования канавок различной геометрии можно использовать специальные инструменты.
3. Отрезка – переход, для выполнения которого резец перемещается при радиальной подаче до тех пор, пока не достигнет центра или внутреннего диаметра заготовки.
4. Нарезание наружной резьбы, для чего резец (обычно с заострённым под углом 60⁰ концом) перемещают в осевом и радиальном направлениях, формируя резьбу на внешней поверхности. Резьба может быть нарезана с определёнными длиной и шагом, причём для её формирования может потребоваться несколько проходов.

Внутренние операции:

• Сверление, при котором сверло внедряется в заготовку в осевом направлении, получая отверстие диаметром, равным диаметру инструмента.
• Растачивание, когда производят увеличение диаметра ранее полученного отверстия. При растачивании получают также различные внутренние элементы - ступеньки, конусы, фаски и т.п. Растачивание обычно выполняется после сверления.
• Развёртка – посредством этого перехода, как и при растачивании, увеличивают существующее отверстие. В отличие от развёртывания, здесь удаляется минимальное количество материала с целью получения более гладкой внутренней поверхности.
• Нарезание внутренней резьбы, которое выполняется метчиком, при его осевой подаче. В существующем отверстии обычно просверливается отверстие, диаметр которого равен диаметру заходной части метчика.

Токарная обработка металла предполагает и иные, специализированные переходы, использующие вращение заготовки.

Режущий инструмент

Инструмент, который требуется для токарной обработки, обычно представляет собой цельные или составные резцы прямоугольной формы. Вставки составного инструмента могут различаться по размеру и форме, но обычно имеют форму квадрата, треугольника или ромба. Инструмент вставляются в посадочное место суппорта станка и подаются к вращающейся заготовка для резки. Режущий инструмент классифицируется по:

• Углу вылета резца – от 0 до 80⁰;
• Форме рабочего торца –квадратный или заострённый;
• Направлению перемещения с суппортом – право- или левосторонние;
• Материалу режущей кромки – стальной или твердосплавный.

Кроме резцов, в качестве рабочего инструмента токарных станков используют свёрла, фрезы, метчики, развёртки и т.п.

Фрезы, в частности, представляют собой цилиндрические многоточечные режущие инструменты с острыми зубьями, расположенными снаружи. Промежутки между зубьями называются канавками и позволяют стружке сходить с обрабатываемой заготовки. Зубья могут быть прямыми или спиральными; наличие угла наклона спирали вдоль стороны фрезы, но чаще они расположены по спирали. Угол наклона спирали снижает нагрузку на зубья за счет перераспределения сил. Чем больше зубьев, тем лучше качество полученной поверхности.

Все режущие инструменты, используемые при токарной обработке, могут быть изготовлены из инструментальных сталей или твёрдых сплавов. Критериями выбора являются твёрдость, ударная вязкость и износостойкость инструмента.

Виды используемого оборудования

Точение металла реализуется на токарно-винторезных станках, станках-автоматах или токарных обрабатывающих центрах. Большинство токарных станков представляют собой оборудование горизонтального исполнения.

Основные узлы токарного станка с ручным управлением:

• Станина – опорная часть оборудования, на которой размещены все остальные его элементы.
• Передняя бабка, в которой расположен электродвигатель и система привода, приводящая в действие шпиндель.
• Шпиндель – поддерживает и вращает заготовку, которая закреплена в цанговом патроне.
• Задняя бабка, фиксирующая противоположный конец заготовки (иногда сюда включают люнет – приспособление, поддерживающее длинные заготовки, жёсткость которых снижена).
• Суппорт – возвратно-поступательно перемещающаяся платформа, на которой закрепляется рабочая головка с инструментом.

Токарные станки могут управляться компьютером, и в этом случае они называются токарными станками с числовым программным управлением. Все операции, выполняемые на таких агрегатах, автоматизированы и управляются встроенным компьютером.