ТОКАРНАЯ  ОБРАБОТКА

     ОСНОВНЫЕ  МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ  МЕТАЛЛОВ РЕЗАНИЕМ

     Заготовки, имеющие форму, близкую к форме  готовой детали, подлежат обработке резанием.

     В зависимости от назначения детали заготовками  могут служить отливки, поковки, штамповки, сортовой прокат, сварные заготовки, пластмассы и др.

     В зависимости от формообразования деталей  обработка заготовок может выполняться на токарных, сверлильных, фрезерных, строгальных, долбежных, шлифовальных и других станках.

     Точение, или обточка, выполняется резцом на токарном  станке. В процессе обработки заготовке сообщается вращательное движение, а резцу — медленное поступательное перемещение в продольном или поперечном направлении. Оба движения являются движениями формообразования. С их помощью на обрабатываемом изделии создаются поверхности заданной формы и размеров. При этом движение, производимое с большой скоростью (вращение заготовки), называется главным движением, или движением резания, а более медленное движение, позволяющее охватывать процессом резания новые, еще не обработанные участки заготовки (в данном случае перемещение резца), называется движением подачи. Скорость главного движения называется скоростью резания.

     Сверление производится на сверлильных станках; главное движение (вращательное) и движение подачи в осевом направлении получает сверло.

     Фрезерование  выполняют на горизонтально-фрезерных станках. Здесь главное (вращательное) движение получает фреза, а движение подачи в продольном направлении совершает заготовка, закрепленная на столе станка.

     Строгание производится на поперечно-строгальных  станках резцом,  главное движение (линейное возвратно-поступательное) совершает здесь изогнутый строгальный резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) — заготовка.

     Долбленые производят на долбежных станках; главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает долбежный резец  а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) — заготовка, закрепленная на столе долбежного станка.

       Шлифование цилиндрических поверхностей  выполняется на круглошлифовальных станках. Здесь режущий инструмент (шлифовальный круг) получает вращательное движение, заготовка — круговую и продольную подачу (возвратно-поступательное движение), а шлифовальный круг — поперечную прерывистую подачу (установка на глубину резания t).

     При шлифовании на плоскошлифовальных станках  главное (вращательное) движение получает шлифовальный круг, продольную подачу (возвратно-поступательное движение) и поперечную прерывистую подачу совершает заготовка, а вертикальную прерывистую подачу (установка на глубину резания t) осуществляет шлифовальный круг.

     ОСНОВЫ  РЕЗАНИЯ МЕТАЛЛОВ

     Элементы  и углы резца. Принцип работы любого режущего инструмента основан на действии клина. Наиболее наглядно можно рассмотреть элементы и геометрию режущего инструмента на примере токарного резца.

     Основные  элементы резца. Резец состоит из рабочей части — головки  которая непосредственно принимает участие в отделении срезаемого слоя металла, из нижней опорной поверхности — подошвы, на которую опирается резец при установке на станке, и тела (стержня), с помощью которого резец закрепляется в резцедержателе.

     Основными элементами резца являются: передняя поверхность , по которой сходит стружка; главная задняя поверхность , обращенная к поверхности резания; вспомогательная задняя поверхность , обращенная к обработанной поверхности; главная режущая кромка , являющаяся пересечением передней и главной задней поверхностей; вспомогательная режущая кромка , являющаяся пересечением передней и вспомогательной задней поверхностей, и вершина.

     Углы  резца. Для определения углов  резца стандартом установлены следующие понятия: плоскость резания, основная плоскость и главная секущая плоскость. Для удобства определения некоторых углов режущего клина целесообразно ввести дополнительное понятие — нормальная плоскость.

     Плоскостью  резания называется плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через главную режущую кромку.

     Основной  плоскостью  называется плоскость, параллельная направлению продольной и поперечной подач. У токарных резцов основная плоскость совпадает с нижней опорной поверхностью резца.

     Нормальную  плоскость определяем как плоскость, проходящую через главную режущую  кромку и перпендикулярную плоскости резания.

     Главной секущей плоскостью  называется плоскость, перпендикулярная к проекции главной режущей кромки на основную плоскость.

     Характер  поверхности резания и положение исходных плоскостей меняются в зависимости от типа режущего инструмента и направления подачи.

     Различают главные и вспомогательные углы, а также углы в плане. Главные углы измеряются в главной секущей плоскости.  К ним относятся: главный задний угол, угол заострения, главный передний угол и угол резания.

     Элементы  режима резания. Элементами режима резания являются: скорость резания, глубина резания, подача, толщина и ширина срезаемого слоя.

     Скоростью резания называется величина перемещения режущей кромки относительно обрабатываемой поверхности в единицу времени. Скорость резания измеряется в метрах в минуту.

     Глубиной  резания называется расстояние между  обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное перпендикулярно к последней. Глубина резания измеряется в миллиметрах и обозначается буквой t.

     Поперечное  сечение срезаемого слоя характеризуется  не только глубиной резания t и подачей s, но и физическими параметрами: толщиной  a и шириной b.

     Толщиной  срезаемого  слоя называется расстояние, измеряемое в направлении, перпендикулярном к ширине срезаемого слоя, между двумя последовательными положениями поверхности резания за один оборот или один проход изделия или инструмента. Толщина стружки измеряется в миллиметрах и обозначается буквой а.

     Шириной срезаемого слоя называется расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное по поверхности резания. Ширина срезаемого слоя обозначается буквой b и измеряется в миллиметрах.

     Номинальное сечение срезаемого слоя измеряется в плоскости, перпендикулярной к направлению скорости резания.

     Силы  резания. В процессе резания на резец действуют 3 силы:

     P_z— сила резания (кГ), действующая в горизонтальной плоскости и отжимающая резец книзу;

     Р_х — сила подачи (кГ), действующая в горизонтальной плоскости и противоположная направлению продольной подачи (по величине она в 3 раза меньше P_z);

       Р_у — радиальная сила (кГ), действующая в горизонтальном направлении и перпендикулярная к оси -заготовки (составляет от 30 до 50% P_z).

     Опыты показывают, что с увеличением  подачи s и глубины резания t в обоих случаях увеличивается сила резания Р_z, а следовательно, соответственно увеличиваются Р_х и P_у.

     Износ резцов. Трение сбегающей стружки о переднюю поверхность и детали о заднюю поверхность резца — причина износа режущих инструментов.

     При малой скорости резания режущие инструменты изнашиваются медленнее, чем при большой скорости, когда образуется много тепла. На интенсивность износа влияют свойства материала детали и резца, величина давления на трущихся поверхностях и геометрия режущего инструмента.

     При обдирочных работах изнашивается главным образом передняя поверхность инструмента. При чистовых работах наиболее сильно изнашивается задняя поверхность; износ ее для проходных резцов допускается до 2 мм, для фрез — до 3 мм, для сверл — до 1,2 мм.

     Стойкостью резца называется время (Т _мин) его непрерывной работы до затупления при заданном режиме резания.

     Стойкость резца зависит от многих факторов, но наибольшее влияние на стойкость оказывает скорость резания: с повышением скорости резания стойкость инструмента снижается.

     Стойкость резцов в каждом конкретном случае регламентируется (например, для резцов из быстрорежущей стали Т берут равным 60 мин.), и в зависимости от этого определяется скорость резания.

     Скорость  резания выбирается по специальным  таблицам, составленным на основании опытных данных для определенных условий работы.

     Чтобы отвести тепло от режущего инструмента  и тем самым повысить его стойкость, применяют различные охлаждающие  жидкости, а чтобы уменьшить трение режущего инструмента об обрабатываемые поверхности — смазочные вещества. Применение смазочных веществ и охлаждающих жидкостей для различных видов обработки металлов приводится в курсе специальной технологии.

     ТОКАРНЫЕ  СТАНКИ И РАБОТА НА НИХ

     Основными размерными характеристиками токарных станков являются: высота центров над станиной (это характеризует наибольший радиус обрабатываемой детали) и расстояние между центрами, т. е. расстояние, равное наибольшей длине детали, которая может быть установлена на данном станке при крайнем положении задней бабки.

     Все токарные станки по высоте центров  могут быть разделены на 3 группы:

     1) мелкие станки—с высотой центров  до 150 мм;

     2)средние  станки—с высотой центров 150—300 мм;

     3)крупные  станки—с высотой центров более  300 мм.

     Наиболее  распространены на машиностроительных заводах средние токарные станки с расстоянием между центрами 750, 1000 и 1500 мм.

     Для примера рассмотрим устройство токарно-винторезного станка модели 1К62, выпускаемого заводом  «Красный пролетарий» имени Ефремова.

     Основные  узлы токарного станка. Современный токарный станок состоит из станины, основания, коробки скоростей, передней бабки, гитары сменных колес, коробки подач, фартука, суппорта, задней бабки, привода быстрых перемещений, органов управления и систем охлаждения и смазки,

     Станина  является основной несущей деталью, на которой монтируются все узлы станка. Одновременно станина служит для направления перемещения  продольных салазок суппорта и задней бабки вдоль оси станка.

     Для этой цели на станине сделаны 4направляющие, из которых направляющие 1 и 4 служат для направления салазок суппорта при его продольном перемещении, а 2 и 3 — для направления задней бабки. Направляющие 1 и 3 называются призматическими, а 2 и 4—плоскими. У тяжелых станков все 4 направляющие делают плоскими, а у малых и высокоточных станков, наоборот, — призматическими.

     Основание, на котором установлена станина  станка, обычно делается раздельным и состоит из двух или трех тумб.

     Однако  для получения более высокой  жесткости применяют и сплошные основания. В передней тумбе  размещаются приводной электродвигатель и иногда пусковая электроаппаратура. Заднюю тумбу  обычно используют в качестве шкафчика и для размещения привода системы охлаждения. Между тумбами размещается поддон для слива охлаждающей жидкости и сбора стружки.

     Коробка скоростей служит для изменения  скорости вращения шпинделя. У быстроходных токарных станков для уменьшения вибрации коробка скоростей выполнена в виде отдельного узла и размещена в передней тумбе вместе с приводом электродвигателя. Однако у большинства токарных станков коробка скоростей устанавливается в корпусе передней бабки.

     В передней бабке  смонтирован шпиндельный  узел — самый ответственный узел станка. Кроме шпиндельного узла, в передней бабке обычно устанавливают переборные устройства, позволяющие получить пониженные числа оборотов шпинделя. Передняя бабка неподвижно закреплена на станине так, чтобы ось шпинделя была строго параллельна направляющим станины. В корпусе передней бабки обычно монтируется механизм реверса, служащий для изменения направления подачи суппорта при нарезании резьбы.

     Гитара  сменных колес служит для передачи вращения от передней бабки к коробке подач и для изменения передаточного отношения этой передачи в целях обеспечения нарезания всех типов резьб.

     Коробка подач предназначена для изменения величины продольных и поперечных подач суппорта. В токарно-винторезном станке коробка подач служит также для установки нужного шага при нарезании резьбы и для передачи движения либо ходовому винту, либо ходовому валику. Первый используют при нарезании резьбы резцом, а второй — для обточки.

     Фаргук  служит для размещения разъемной  маточной гайки ходового винта и механизма подач, который передает вращение от ходового валика и одновременно преобразовывает вращательное движение в прямолинейное поступательное движение суппорта в продольном либо в поперечном направлении.

     Суппорт обеспечивает возможность механического  перемещения резца в продольном и поперечном направлениях и ручного перемещения под любым углом к оси шпинделя. У некоторых моделей токарных станков эта подача тоже механизирована. Суппорт состоит из продольных салазок, которые могут перемещаться по направляющим станины, из поперечных салазок, поворотной части и верхней части, на которой устанавливается поворотный четырех-позиционный резцедержатель.

     Задняя  бабка Д выполняет функцию  второй опоры при обработке длинных  деталей в центрах. В то же время  задняя бабка используется для закрепления  и подачи инструмента при обработке отверстий сверлами, зенкерами, развертками и при нарезании резьбы метчиками и плашками.

     Задняя  бабка состоит из корпуса, пиноли и основания. При обточке пологих конусов корпус смещается в поперечном направлении на нужную величину относительно основания. Центры и инструменты для обработки отверстий закрепляются в коническом гнезде пиноли, которая перемещается вдоль своей оси при помощи винта с маховичком.

     У современных моделей токарных станков 1К62, 1К620 и 163 для сокращения времени, затрачиваемого на холостые перемещения суппорта, устанавливают привод быстрых перемещений. Привод имеет отдельный электродвигатель, от которого вращение передается непосредственно ходовому валику, минуя коробку подач, при этом обеспечивается высокая скорость перемещения суппорта (4 м/мин).

     Органы  управления необходимы для изменения скорости вращения шпинделя, для изменения величины подачи или шага резьбы, для пуска, останова и реверсирования станка и т. д.

     Конструктивные  особенности. Станок модели 1К62 имеет жесткую станину коробчатой формы с поперечными П-образными ребрами и усиленными направляющими для продольных салазок суппорта.

     Станина смонтирована на двух пустотелых тумбах. В передней тумбе установлен электродвигатель привода станка, а в задней расположен бак для охлаждающей жидкости.

     Задняя  бабка закрепляется на станине одной рукояткой, однако она имеет при этом также дополнительный болтовой зажим, используемый при сверлильных и тяжелых токарных работах.

     Чтобы предотвратить травмирование рабочего сходящей или отлетающей стружкой, станок оснащен быстрооткидывающимся щитком с прозрачным козырьком.

     Все электрооборудование сосредоточено  в шкафу, установленном сзади  станка с правой его стороны.

     Пуск  и остановка главного электродвигателя осуществляются кнопочной станцией, смонтированной на правой верхней части фартука.

     Для экономии электроэнергии на станке 1К62 установлено реле, ограничивающее время холостого хода главного электродвигателя. При нейтральном положении рукоятки управления пусковыми фрикционами, когда шпиндель не вращается, реле автоматически через определенный промежуток времени (5—8 сек.) отключает электродвигатель от электрической цепи.

     Вместо  трех рукояток управления подачами суппорта на станке 1К62 имеется только одна рукоятка, расположенная с правой стороны фартука. Этой рукояткой можно управлять перемещениями продольных и поперечных салазок суппорта. При наклоне рукоятки влево суппорт перемещается к передней бабке, а при наклоне вправо — к задней бабке. Наклоном рукоятки от себя включают поперечную подачу суппорта по направлению к центру, а наклоном рукоятки на себя — поперечную подачу суппорта от центра.

     Быстрые перемещения суппорта во всех четырех  направлениях включают также этой рукояткой, но для этого дополнительно нажимают на кнопку, встроенную в шарик рукоятки.

     Чтобы обеспечить механическую подачу задней бабки при сверлильных работах, к ней вплотную подводят продольные салазки суппорта и, перемещая поперечные салазки на себя, закрывают специальный замок, соединяя суппорт с задней бабкой. После этого при включении продольной подачи суппорта будет перемещаться также и задняя бабка.

     Работы, выполняемые на токарных станках. Токарные станки являются наиболее универсальными из всех видов металлорежущего оборудования. На них можно выполнять самые разнообразные работы: обтачивать и растачивать цилиндрические, конические и фасонные поверхности вращения, подрезать торцы и соответственно обрабатывать плоскости, прорезать канавки различного профиля, производить отрезание, нарезать резцом крепежные и ходовые резьбы любого профиля. Кроме того, на токарных станках инструментами, устанавливаемыми в пиноли задней бабки, можно сверлить, зенкеровать, зенковать и развертывать отверстия, расположенные соосно со шпинделем станка, а также нарезать внутренние и наружные крепежные резьбы метчиками и плашками.

     Экономическая точность и чистота обработки, достигаемые на токарных станках, следующие: при обдирочной работе — 5-й класс точности и 2—3-й классы чистоты поверхности; при чистовой обработке — 4-й класс точности и 4—6-й классы чистоты поверхности; при тонкой обработке — до 2—3-го классов точности и до 7—8-го классов чистоты поверхности.

     Обтачивание производится проходными резцами — прямыми и отогнутыми. Цилиндрические поверхности получаются при обтачивании поверхностей с продольной подачей суппорта.

     Подрезание  торцовых поверхностей у цилиндрических деталей и обработку плоскостей у корпусных деталей выполняют при поперечной подаче суппорта подрезными резцами.

     Отрезание деталей и прорезание канавок  также производится при поперечной подаче суппорта. Однако в этом случае используются соответственно отрезные и канавочные резцы. Величина подачи при отрезании и прорезании меньше, чем при подрезании.

     Растачивание  производится расточными резцами. Естественно, что размеры поперечного сечения расточных резцов должны быть меньше диаметра растачиваемого отверстия, а длина вылета резца, наоборот, больше глубины отверстия. Это приводит к недостаточной жесткости системы и заставляет работать на пониженных режимах резания.

     Различные виды поверхностей вращения образуются в основном теми же методами, что и при обтачивании.

     Фасонные  поверхности обтачивают призматическими  и дисковыми фасонными резцами (рис. 111, к) или с применением механических, электрических или гидравлических копировальных устройств.

     Нарезание резьбы резцом (рис. 111, л) позволяет  получать все типы резьб: метрическую, дюймовую, модульную и питчевую с любым профилем—треугольным, прямоугольным, трапециевидным, полукруглым и т. п. Производительность нарезания резьбы резцом невысока. Резьбовые резцы должны иметь профиль, соответствующий профилю впадин нарезаемой резьбы.

     Универсальные приспособления для токарных работ. Для работы на токарных станках необходимы специальные приспособления для закрепления деталей, придания им заданной формы и размеров.

     Основными из них являются: поводковые патроны  и хомутики; центры; трехкулачковые и четырехкулачковые патроны; подвижные  и неподвижные люнеты и др.

     В мелкосерийном и особенно в серийном производстве за последние годы получили широкое распространение всевозможные копировальные устройства механического, электрического и гидравлического действия, которые позволяют в значительной степени автоматизировать работу универсальных станков и тем самым сократить вспомогательное время, затрачиваемое на обработку деталей.