3.2. Технология обработки на станках токарной группы

Токарная обработка используется для формообразования широкой номенк­латуры классов деталей (валов, дисков, втулок), образованных поверхностями вращения и примыкающими к ним плоскими поверхностями.

На токарных станках выполняют точение, сверление, растачивание, зенкерование, развертывание, нарезание резьб, накатывание рифлений, поверхност­ное пластическое деформирование и множество других работ.

При токарной обработке используют широкую номенклатуру резцов, при выборе которых руководствуются:

• формой и размерами обрабатываемого элемента;

• видом обработки детали (черновая, получистовая, чистовая);

• материалом детали;

• режимами и условиями резания.

Для крепления пластинок из твердых сплавов широко используют пайку и механические зажимы.

Преимущество инструмента с паяными пластинами — высокая жесткость, позволяющая производить обработку с увеличенными подачами при действии на режущие кромки резца больших сил, и возможность многократной переточки.

К недостаткам относят: однократное использование державок вследствие их повреждения при переточках, усложнение процессов нанесения износостойких покрытий, необходимость настройки на размер после каждой переточки.

Для разных схем и условий обработки предложено множество вариантов кон­струкций механического крепления режущих пластин. Резцы с механическим креп­лением целесообразно использовать на средних и облегченных режимах резания. Их достоинство заключается в возможности использования пластин из различных материалов с разными покрытиями и сложной передней поверхностью (стружкозавивающие и стружколомающие элементы, фаски и др.), длительном сроке исполь­зования державки, взаимозаменяемости пластин, во многих случаях устраняющей необходимость настройки инструмента на размер. Недостатки резцов с механиче­ским креплением обусловлены меньшей жесткостью инструмента и прочностью крепления пластин.

Обозначение (кодирование) режущих пластин и инструмента выполняют в соответствии с ISO 1832-1991. На рис. 3.5 приведен пример такого обозначения.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image9.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image9.jpeg" \* MERGEFORMAT

Кодирование пластин выполняется девятизначным кодом. Первая буква ко­да указывает на форму пластины (табл. 3.5), вторая — на размер заднего угла, третья — на класс точности пластины, а четвертая определяет тип пластины.

Таблица 3.5

Далее указывают длину режущей кромки, код толщины пластины (табл. 3.6), код радиуса при вершине (табл. 3.7), форму режущей кромки (табл. 3.8). По­следние цифры соответствуют особому обозначению производителя, например кодировке формы передней поверхности, размеров фасок, выемок, значения пе­реднего угла.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image10.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image10.jpeg" \* MERGEFORMAT

В обозначениях резцов для наружного точения и растачивания указывают систему крепления пластины к резцу, наиболее существенные характеристики пластины (форму, задний угол, длину режущей кромки), тип инструмента по главному углу в плане, направление резания (левое — L, правое —R или воз­можность обработки в обоих направлениях — N) размеры сечения хвостовика и длину инструмента (табл. 3.9).

Эту систему кодирования используют в автоматизированных системах управления инстументальным хозяйством, подготовки производства и проекти­рования технологических процессов.

На рис. 3.6 показаны конфигурации в плане широко применяемых токар­ных резцов.

В зависимости от конфигурации элементов деталей, применяемых схем об­работки и инструмента различают (рис. 3.7): открытые 7, полуоткрытые 2 и за­крытые 3 зоны обработки.

При точении открытых поверхностей снятие припуска возможно как при пря­мом, так и обратном направлении продольной подачи (схема «зигзаг»). Полуоткры­тые поверхности требуют использования проходных упорных резцов и допускают подвод инструмента и врезание только с одной стороны. Точение ведется в одном направлении продольной подачи (схема «петля»). На реальных деталях наиболее часто встречаются полуоткрытые зоны. При обработке закрытых поверхностей подвод инструмента невозможен с обеих сторон, поэтому приходится производить выборку материала с использованием поперечной подачи (схема «спуск»).

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image11.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image11.jpeg" \* MERGEFORMAT

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image12.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image12.jpeg" \* MERGEFORMAT

На рис. 3.8 приведены типовые схемы токарной обработки наружных по­верхностей.

Проходные резцы с главным углом в плане φ< 90° (рис. 3.8, а) используют при обработке открытых и полуоткрытых поверхностей с коническими перехо­дами. Поскольку стойкость таких резцов и достигаемая производительность об­работки выше, чем для других, их иногда используют для черновой обработки полуоткрытых поверхностей, особенно в тех случаях, когда ступенчатые участ­ки имеют большую протяженность. Зоны, прилегающие к закрытому торцу, в последующем обрабатывают резцами с φ> 90°.

Для обработки полуоткрытых поверхностей используют резцы с главным углом в плане φ> 90°. При чистовом точении на станках с ЧПУ можно обраба­тывать за один переход несколько поверхностей различного типа, включая фас­ки, скругления и торцы (рис. 3.8, б).

Чистовую обработку фасонных поверхностей с радиусными элементами, торцами, обратными конусами и другими выполняют на станках с ЧПУ контурными резцами с малыми углами при вершине (рис. 3.8, в).их использую: также для точения закрытых поверхностей большой протяженности (рис. 3.8, г).

Подрезка открытых торцевых поверхностей может производиться отогнуты­ми проходными резцами с φ< 90° (рис. 3.8, д) или подрезными резцами с φ> 90°. Последние используют и для обработки закрытых торцовых поверхностей на де­талях со ступенчатыми переходами (рис. 3.8, е).

Сложные фасонные поверхности, имеющие углубления, обрабатывают ка-навочными резцами с прямой или радиусной кромкой (рис. 3.8, ж). Такие резцы способны работать в продольном и поперечном направлениях.

При обработке протяженных конусов на универсальных токарных станках часто используют метод смещения задней бабки (рис. 3.8, з).

Если требуемую форму или размеры отверстия сложно или невозможно обеспечить применением сверл, зенкеров и разверток, то его растачивают. Рас­тачивание применяется также при обработке ступенчатых и конических отвер­стий, канавок и выемок, отверстий с плоским дном или непрямолинейной обра­зующей.

Форма передней поверхности и все углы у расточных резцов (за исключе­нием заднего) принимают такими же, как и у проходных при наружном точении. Задний угол α назначают меньше 12° при растачивании отверстий диаметром более 50 мм и больше 12° при растачивании отверстий диаметром менее 50 мм. При растачивании резец находится в более тяжелых условиях, чем при наруж­ном продольном точении, поскольку ухудшаются условия отвода стружки и подвода СОЖ. Расточные резцы имеют большой вылет, что вызываетотжим ин­струмента и способствует возникновению вибраций, поэтому при растачивании, как правило, снимается стружка меньшего сечения и снижается скорость резания.

Значения углов резания у расточных резцов можно изменять путем установ­ки режущей кромки резцов относительно продольной оси детали (выше или ни­же оси).

Для растачивания отверстий используют резцы с разной геометрией режу­щей части (рис. 3.9). Иногда для улучшения условий охлаждения зоны резания СОЖ подают через отверстия в теле резца.

Конические отверстия растачивают с использованием наклонной подачи.

Точение канавок (рис. 3.10) выполняют канавочными резцами, ширину ре­жущей части которых выбирают таким образом, чтобы обеспечить обработку за один, два или три прохода. Число проходов зависит от соотношения размеров резца и канавки и требований точности. Форма дна канавок определяется профи­лем режущей кромки. В целях обеспечения необходимой ширины канавок ис­пользуют калиброванные резцы или обработку с чистовыми проходами для под­резки боковых поверхностей. Под эти проходы оставляется припуск 0,2...0,5 мм на сторону.

Наружные угловые канавки для выхода шлифовального круга (рис. 3.10, в) образуются при перемещении инструмента под углом 45° к оси детали.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image13.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image13.jpeg" \* MERGEFORMAT

Обработка торцевых канавок (рис. 3.10, г) требует применения специальных резцов, имеющих радиусный изгиб подпластиночной части державки. Он позво­ляет обеспечить задние углы при боковых режущих кромках.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image14.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image14.jpeg" \* MERGEFORMAT

Детали от прутковой заготовки отделяют отрезными резцами. Ширина ре­жущей кромки отрезного резца зависит от диаметра заготовки и принимается равной 3; 4; 5; 6; 8 и 10 мм. Отрезные резцы изготовляют цельными или осна­щают пластинами из твердого сплава. Для уменьшения трения между резцом и разрезаемым материалом его головка сужается к стержню под углом 1 ...2° с каж­дой стороны.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image15.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image15.jpeg" \* MERGEFORMAT

Токарная обработка сложных деталей, например вала авиационного двига­теля (рис. 3.11), требует использования множества резцов различной конфигу­рации и назначения, в частности специальных конструкций инструмента для растачивания длинномерных деталей. Ее целесообразно выполнять на станках с ЧПУ или обрабатывающих центрах.

Конфигурация токарных резцов, используемых на станках с ЧПУ, непосред­ственно не определяет форму обрабатываемой поверхности. Поэтому при фор­мообразовании используется движение по двум согласованным осям станка — продольной Z, вдоль оси вращения обрабатываемой детали, и поперечной X, перпендикулярной оси вращения детали.

Обработка детали на токарных станках с ЧПУ, как правило, выполняется за два прохода: черновой и чистовой. Для последующей чистовой обработки необ­ходимо обеспечить равномерный припуск, поэтому после черновой выборки часто выполняют получистовой проход, при котором снимают образовавшиеся гребешки.

Для выполнения чистовых проходов должны быть назначены промежуточ­ные припуски и рассчитаны исполнительные размеры черновых проходов.

Каждая зона обработки соответствует одному технологическому переходу и назначается в зависимости от конфигурации чернового или чистового контура детали и технологических возможностей режущего инструмента, выполняющегоданный переход. Применительно к резцам эти технологические возможности зависят от основного и вспомогательного углов в плане. При программировании обработки используют типовые схемы выполнения технологических переходов и определенные правила построения траектории инструмента.

При выборе стратегии обработки и подготовке управляющих программ учи­тывают множество особенностей, которые влияют на производительность, стой­кость инструмента и качество получаемых изделий. К ним относятся способы подвода инструмента к заготовке, приемы обработки выборок и дополнитель­ных элементов (канавок, фасок).

Формирование траектории движения инструмента токарных переходов про­изводится с учетом особенностей базирования и закрепления детали, геометрии исходной заготовки и детали, точки смены и геометрии инструмента, допусти­мых режимов резания.

В случае наличия у резцов радиуса при вершине необходимы вводы коррек­ций в текст управляющей программы или эквидистантное построение траекто­рии перемещения инструмента.

При выборке полуоткрытых зон на ступенчатых деталях могут использо­ваться схемы, показанные на рис. 3.12.

Обработка по схеме (рис. 3.12, б) выполняется с переменной глубиной реза­ния. Это позволяет увеличить стойкость режущего инструмента за счет измене­ния положения границы контакта обрабатываемого материала вдоль режущей кромки инструмента. Во многих случаях, особенно при обработке инструмента­ми из хрупких материалов (кубического нитрида бора, минералокерамики), на этой границе, являющейся концентратором напряжений, происходят сколы и повышенный износ резцов.

Н а рис. 3.13 приведены примеры токарной обработки сложных элементов деталей ротора и диска.

Правильно используемые приемы токарной обработки позволяют предот­вратить образование на кромках деталей заусенцев (рис. 3.14).

Поверхности детали, связанные между собой точным относительным располо­жением, необходимо обрабатывать с одной установки и в одной рабочей позиции.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image17.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image17.jpeg" \* MERGEFORMAT

При планировании и выполнении операций механической обработки следу­ет предусматривать мероприятия по увеличению жесткости технологической системы, в частности:

• выбирать схемы базирования и закрепления, обеспечивающие максималь­ную жесткость. Например, при обработке на токарных станках дополнительную жесткость придает центр задней бабки;

• предусматривать использование люнетов при обработке длинномерных деталей;

• использовать инструмент с максимальным сечением державки и мини­мально допустимым вылетом.

Подачу и глубину резания назначают в зависимости от вида выполняемой операции (перехода) (табл. 3.10).

Глубина резания определяется в основном припуском на обработку, кото­рый выгодно удалять за один проход. Однако для уменьшения силы резания припуск часто снимают за несколько проходов.

Для повышения производительности при черновой обработке целесообразно работать с максимально возможной подачей. Ее значение ограничивается допустимыми силами резания или мощностью привода главного движения станка. Большие силы резания могут привести к поломке режущего инструмента или деформации заготовки.

С корость резания рассчитывают исходя из типа и физико-механических свойств обрабатываемого материала, выбранных значений глубины резания и подачи, стойкости инструмента. Чем с большей скоростью резания допускает­ся работа инструмента при одной и той же стойкости, тем выше его режущие свойства.

Ведущие производители режущего инструмента разрабатывают рекомен­дации по назначению режимов резания в виде таблиц и номограмм, учиты­вающих марку обрабатываемого материала, его твердость, вид, материал и геометрию режущей части инструмента, период стойкости инструмента. На­пример, фирма SandvikCoromant рекомендует выполнять расчет скорости ре­зания по формуле

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image19.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image19.jpeg" \* MERGEFORMAT

где К_нв — поправочный коэффициент, учитывающий разницу в твердости обра­батываемого и используемого при разработке нормативов резания материала; К_т— поправочный коэффициент, учитывающий разницу между выбранным и исходным (20 мин) значением периода стойкости; К_φ — коэффициент, учиты­вающий разницу в углах в плане (исходное значение 90°); V_н — нормативное (табличное) значение скорости резания.

Значения этих коэффициентов приведены в табл. 3.11.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image20.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image20.jpeg" \* MERGEFORMAT

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image21.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image21.jpeg" \* MERGEFORMAT

В производстве деталей авиационных двигателей применяют различные ти­пы токарных станков с ЧПУ:

• патронные (рис. 3.15, а), служащие для обработки деталей небольшой длины (шестерни, кольца, диски и пр.). На станках такого типа обычно обра­батывают детали диаметром до 500 и шириной до 350 мм. Станки оснащают ме­ханизмами автоматической смены инструмента типа «револьверная головка» (рис. 3.16). Возможное оснащение показано на рис. 3.17. Иногда дополнительно комплектуют суппортами и механизмами подачи прутка;

• патронно-центровые, имеющие заднюю бабку, для обработки деталей типа валов с возможностью установки заготовок в центрах или коротких деталей с

закреплением в патроне. На таких стан­ках обрабатывают детали диаметром до 630 и длиной до 2000 мм. Станки этого типа могут оснащаться револьверными головками и люнетами (рис. 3.15, б), ма­газинами для автоматической смены ин­струмента (рис. 3.16, в), дополнительны­ми суппортами или револьверными го­ловками (рис. 3.16, г);

• лоботокарные (рис. 3.18) — для обработки дисков, колец, корпусных ци­линдрических деталей диаметром до 2000 мм. Детали крепят на планшайбах или в специальных патронах. Резцу сообщают­ся продольная и поперечная подачи. Вместо резцедержателя или устройства автоматической смены инструмента ре­вольверного типа может устанавливаться шлифовальная головка;

• к арусельные, предназначенные для обработки кольцевых деталей, дисков ицилиндрических корпусов большого диаметра. Они могут быть одностоечными (рис. 3.19) для обработки деталей диаметром до 2500 мм и двухстоечными для обра­ботки деталей больших размеров. Карусельные станки оснащают одним или не­сколькими суппортами и револьверными головками для автоматизированной смены инструмента, часто дополнительными крестовыми суппортами для обработки наруж­ных поверхностей вращения. На карусельные станки в отличие от станков с горизон­тальной компоновкой удобнее устанавливать крупногабаритные тяжелые детали;

• станки с вертикальным шпинделем, системой транспортировки заготовок и подвижной шпиндельной бабкой. Такая схема станка (рис. 3.20) предложена фирмой EMAG (Германия). Станок модели VL5 имеет привод главного движениямощностью 27 кВт с частотой вращения шпинделя до 4000/4500 мин" , емко­стью транспортера 30 заготовок диаметром 85 мм или 18 диаметром 160 мм. Станок имеет 12-позиционную дисковую револьверную головку, оснащенную приводами для прямого и обратного вращения инструмента.

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image24.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image24.jpeg" \* MERGEFORMAT

INCLUDEPICTURE "J:\\..\\..\\Users\\ftanke\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image25.jpeg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "../../../Users/ftanke/AppData/Local/Temp/FineReader10/media/image25.jpeg" \* MERGEFORMAT