Токарные работы

Токарные работы — один из самых распространенных способов механической обработки деталей, представляющих собой тела вращения. Назначение токарных работ — изготовление осей, валов, дисков, втулок, колец, фланцев, муфт, гаек, цапф, пальцев и всевозможных деталей машин и механизмов, без которых не могут существовать такие жизненно необходимые отрасли промышленности, как приборостроение и машиностроение.

Сущность токарной обработки заключается в снятии слоя металла с вращающейся детали посредством поступательно движущегося инструмента с режущей кромкой. В результате такой обработки свои окончательные размеры и формы получает большая часть деталей, использующихся в конструкции транспортных средств, промышленного оборудования, бытовой техники, сельскохозяйственных машин и перерабатывающих комплексов.

Операции, которые включает в себя токарная обработка:

• нарезание наружной и внутренней резьбы;
• отрезание части заготовки, срезка торцов;
• сверление, растачивание, зенкерование, развертывание отверстий;
• вытачивание пазов и канавок различной конфигурации на поверхности детали.

Токарной обработке могут подвергаться конические, цилиндрические и фасонные поверхности, а также уступы и торцы.

Токарная обработка стали и прочих металлов производится с помощью специальных режущих инструментов — резцов, которые крепятся в резцедержателе токарного станка посредством державки (тела) прямоугольного или квадратного сечения. Рабочая часть резца — головка, состоящая из основной и вспомогательной режущих кромок, вершины (точка их пересечения), передней и двух задних поверхностей. Согласно ГОСТ, резцы делятся на три группы:

• Цельные, полностью изготовленные из легированной стали или иного сплава высокой твердости;
• С напаянными пластинами из твердого сплава;
• Со съемными твердосплавными или керамическими пластинами.

Основные виды токарных станков

Токарные станки изначально подразделялись на группы, в зависимости от того, какую форму и размеры имеет заготовка, из какого материала она изготовлена, какой результат необходимо получить после выполнения токарных работ, и с какой точностью должна быть выполнена обработка.

Наиболее распространенные виды токарных станков:

• лоботокарные;
• токарно-винторезные;
• токарно-револьверные;
• токарно-карусельные.

В станках лоботокарной группы заготовка крепится в горизонтальном положении, а в результате обработки можно получить поверхность как цилиндрической, так и конической формы.

Токарно-винторезные станки предлагают более широкие возможности токарной обработки: помимо получения цилиндрических поверхностей с разными диаметрами и сведения заготовки либо ее части на конус, такое оборудование позволяет нарезать на поверхности резьбу. При этом заготовки могут быть как из черных, так и из цветных металлов. Станки токарно-револьверной группы позволяют изготавливать детали сложной формы и предполагают последовательную обработку заготовки несколькими резцами, которые подбираются заранее на основании технологической карты. В качестве заготовки на данном виде оборудования используется калиброванный пруток. И, наконец, токарно-карусельная группа оборудования: на этих станках выполняется токарная обработка заготовок большого диаметра из черных и цветных металлов.

Некоторые узкоспециализированные станки, использующие резцы для обработки вращающихся металлических заготовок, также относят к токарным из-за схожести рабочего процесса. Но есть еще один тип оборудования, который однозначно относится к токарной группе и лидирует в ней по чистоте и точности обработки, а также по производительности. Это токарные станки с ЧПУ.

Токарные станки с ЧПУ

Как и любое оборудование с числовым программным управлением, токарные станки с ЧПУ работают по предварительно созданной программе, которая пишется для каждой изготавливаемой детали. В программе учитываются параметры и материал заготовки, а также все нюансы ее предстоящей обработки, на основании чего подбираются резцы и задаются элементы резания при токарной обработке металла — скорость, подача и глубина резания.

Токарные станки с ЧПУ имеют следующие преимущества:

1. Повышенная производительность (при использовании резцов с твердорежущей кромкой);
2. Уменьшенная трудоемкость токарных работ: минимизируется вмешательство в рабочий процесс, так как он происходит в автоматическом режиме;
3. Обеспечение безопасности — защитный кожух прикрывает всю зону резания, без него станок не включится;
4. Высокая точность обработки, меньшее количество брака — так как все расчеты производятся программой, вероятность ошибки из-за человеческого фактора снижена практически до нуля.

С точки зрения конструкции станки с ЧПУ отличаются от обычных токарных станков наличием блока управления. Среди них сегодня можно встретить токарно-карусельные и токарно-револьверные, а также многорезцовые полуавтоматы и мощные металлообрабатывающие комплексы, позволяющие сочетать выполнение токарных работ с фрезеровкой металла.

Токарные работы: режимы резания

Для чистовой и черновой работы с деталями в процессе их изготовления или ремонта в токарной обработке используется точение. Для того, чтобы этот процесс был эффективным, необходим грамотный подход к выбору режимов резания. Основные элементы резания при токарной обработке — подача, скорость и глубина. При расчете режимов работы станка могут учитываться и такие параметры, как вес заготовки, допустимые припуски (погрешность), частота вращения шпинделя, тип обработки (черновая или чистовая), толщина срезаемого слоя. И, конечно, необходимо выбрать режущий инструмент (резец).

Если раньше для расчета приходилось использовать справочники и таблицы, то сегодня в распоряжении станочников имеются особые эмпирические формулы, выведенные специалистами. Подставив в них имеющиеся исходные данные, можно получить необходимый результат в виде набора величин для настройки оборудования. На станках с ЧПУ, как уже было сказано выше, все расчеты выполняет программа.

Подача

Подача при токарной обработке представляет собой величину перемещения резца за один оборот обрабатываемой заготовки. Понятно, что в процессе черновой обработки можно выставить максимально возможную подачу (с учетом материала заготовки и прочих параметров). Но если толщина срезаемого слоя большая, то подачу следует выбирать минимальную. При чистовой обработке в определении подачи играет роль квалитет шероховатости — показатель качества поверхности, который напрямую зависит от габаритов заготовки и глубины обрезки. Если ведется токарная обработка заготовки из жаропрочной конструкционной стали, подача не должна превышать 1 мм/оборот.

Скорость

Очень важным параметром, определяемым в ходе расчетов при подготовке к выполнению токарных работ, является скорость резания. Ее величина зависит от специфики производимых операций, материала заготовки и вида выбранного режущего инструмента. Так, к примеру, для отрезания торцов выставляют максимально возможную скорость. Для таких видов токарной обработки, как точение или сверление, к скорости предъявляют совершенно иные требования. Можно подобрать параметр по таблице:

Общий порядок расчета скорости предполагает следующие действия: обороты при токарной обработке за минуту умножаются на диаметр заготовки и на число π, после чего полученный результат делится на 1000.

Глубина

Глубина — параметр резания при токарной обработке, правильный выбор которого крайне важен для обеспечения качества поверхности готовой детали. По сути это толщина срезаемого слоя (при подрезке торцов глубина равна диаметру заготовки). Процесс резания условно разделяется на три стадии:

• черновая обработка (60% снимаемого слоя);
• получистовая обработка (20-30% снимаемого слоя);
• чистовая обработка поверхности (10-20% снимаемого слоя).

Глубина резания для заготовок цилиндрической формы рассчитывается по следующей формуле: t = ( D – d ) / 2, где t — искомая глубина обрезки, а D и d — первоначальный и результирующий диаметр, соответственно.

При работе с плоскими заготовками для расчета глубины резания используют не диаметры, а длину. При этом принята за правило следующая градация: для черновой обработки глубина должна составлять более 2 мм, для получистовой от 1 до 2 мм, для чистовой менее 1 мм. Но по факту эти значения зависят от требований, предъявляемых к качеству поверхности деталей. Чем меньше число, обозначающее класс точности обработки, тем больше проходов потребуется для достижения требуемых свойств изделия.

Прежде чем приступить к выполнению токарных работ, рассчитанные параметры проверяют на соответствие возможностям оборудования. Выбранные элементы резания при токарной обработке не должны превышать значений нормативных характеристик, указанных в паспорте токарного станка или металлообрабатывающего комплекса. В противном случае параметры необходимо скорректировать в сторону уменьшения.

Токарная обработка металла: точность и погрешности

Современные токарные станки и мерительный инструмент позволяют достигать высокой точности при токарной обработке деталей. Тем не менее, абсолютно правильные размеры и формы остаются недостижимыми. Погрешности в результатах могут быть вызваны тремя основными группами факторов:

1. Неточность станка и зажимного приспособления (отклонения от штатной точности при сборке станка, его конусность из-за неправильной установки одной из бабок, износ зажимных приспособлений).
2. Неточность размеров, формы и установки резца (в том числе износ резца).
3. Неправильное использование или неточность измерительного инструмента (выбор инструмента ненадлежащей точности, его неправильная установка, измерения без учета температуры детали).

Точность, с которой надлежит выполнить токарные работы, регламентируется допусками. Допуск представляет собой допустимое предельное отклонение от номинального размера, который необходимо получить в конечном итоге. Эта величина может быть как положительной (в сторону увеличения), так и отрицательной (в сторону уменьшения). Если обе величины для какого-либо размера равны, то их можно указывать после значения номинального размера, как, к примеру, Ø 62,5 +/- 0,020 мм. Если величина отклонений в большую и меньшую сторону различна, то допуски пишутся один под другим (положительный сверху). В некоторых случаях допускается отклонение только в одну из сторон, и тогда в документацию вносится лишь один допуск — положительный либо отрицательный. Нулевое отклонение на чертеже не отмечается.