20.1 Токарная обработка

В связи со спецификой конфигурации обрабатываемых объектов, представляющих собой тела вращения, геометрические расчеты при программировании токарной обработки сводятся к решению задач на плоскости, в осевом сечении. В системе координат детали, в которой выполняются расчеты, осью Z служит ось вращения детали, а ось Х лежит, как правило, в одной из торцо­вых плоскостей.

Выбор инструмента производится по общим правилам и рекомендациям для универсальных станков, однако геометрия режущей части инструмента должна обеспечить надёжное стружколомание.

Программируемой точкой резца служит вершина резца или центр закругления при вершине (для чашечных резцов). Для канавочных резцов программируемой точкой является левая вершина режущей части. Для канавочных резцов, используемых при точении внутренних канавок, программируемой является левая (дальняя) вершина.

Детали, обрабатываемые на станках токарной группы, могут иметь внутренние и наружные цилиндрические, конические, фасонные, торцовые поверхности в различных сочетаниях. На них могут быть дополнительные элементы в виде фасок, канавок, проточек, резьбы. Для выполнения токарных операций используются резцы различных типов с различным расположением вершины или центра инструмента.

При разработке траектории перемещения инструмента обрабатываемая область, ограниченная контурами детали и заготовки, разделяется на отдельные зоны. Условно зоны делятся на открытые, полуоткрытые и закрытые. Примером открытой зоны может служить точение наружной поверхности напроход, полуоткрытой – точение в упор с подрезкой торца, закрытой – точение канавки.

В мелкосерийном и крупносерийном производстве в качестве заготовок

Рисунок 20.1 Зоны токарной обработки.

Для токарной обработки используется прокат или штампованные заготовки. При диаметре заготовки 50 мм. и выше применяются штучные заготовки. Заготовки, которые в последующем будут обрабатываться в центрах, должны иметь центровые отверстия с двух сторон, и один из торцов обязательно должен быть подрезан.

Поковки и штампованные заготовки должны подвергаться термообработке, предусмотренной для штампованных заготовок, до начала обработки на станке. На заготовке должна быть подготовлена база, используемая для установки и закрепления. Эта база может подготавливаться на другом, менее точном станке.

Припуски на обработку деталей на станках с ЧПУ определяются опытно-статистическим или расчётно-аналитическим методом по существующим

методикам для обработки на обычных станках.

Черновая обработка основных поверхностей на станках с ЧПУ выполняется с использованием типовых схем обработки (стандартных циклов)

Р исунок 20.2 Траектории движения инструмента

при различных схемах обработки.

Схема «петля» представляет собой рабочее движение инструмента, отвод от обрабатываемой поверхности на 0,5÷1,0 мм. и возвращение назад (вспомогательный ход). Применяется при продольном точении открытых и полуоткрытых зон, а так же при подрезке торца.

Схема «виток» (зuгзаг) предусматривает работу инструмента на прямой и обратной подаче и может быть реализована в зонах обработки всех видов.

Схема «спуск» характерна тем, что припуск снимается при радиальном перемещении резца. Наиболее часто эту схему используют при черновых пере­ходах для закрытых зон.

Особое внимание следует уделять выбору схем для полуоткрытых зон, так как они наиболее часто встречаются при токарной обработке. Помимо простейших схем, приведенных на рис. 20.2, для них находят применение и более сложные.

Черновая схема с подборкой (рис. 20.3, а) отличается тем, что после прямолинейного рабочего хода инструмент, согласно УП, движется вдоль чернового контура детали (вплоть до уровня предыдущего прохода), срезая при этом оставшийся материал. В результате для последующей обработки остается равномерный припуск по всему контуру. Для увеличения стойкости инструмента при использовании такой схемы обработки предусматривают в программе две рабочие подачи: для движения по прямолинейному участку и для движения по контуру, когда срезаются гребешки.

Р исунок 20.3 Типовые схемы переходов при черновой

токарной обработке полуоткрытых зон.

Черновую схему с подборкой можно применять и в качестве окончательной, и в сочетании с последующей чистовой обработкой. Она позволяет получить поверхности с пара метром шероховатости вплоть до Rz = 40. В данной схеме в точках конца хода инструмента на контуре детали могут оставаться риски. Их можно уменьшить, если вводить в конце каждого хода перебег инструмента вдоль контура детали, равный половине радиуса инструмента при вершине

Черновая с получистовым (зачистным) проходом (рис. 20.3, б). В этом случае после каждого хода инструмента подборка материала, остающегося на контуре, не производится. Последнее движение инструмент совершает по контуру детали, выполняя при этом зачистной проход, при котором на контуре срезаются все гребешки и остатки металла. Такая схема позволяет в ряде случаев обойтись без дальнейших чистовых переходов при обработке детали, так как на поверхностях не остается рисок.

При обработке фасонных деталей можно использовать схему, которую назовем эквuдuстантноu (рис. 20.3, в). Название ее определяется тем, что рабочие ходы инструмента эквидистантны контуру детали.

Последняя схема черновой обработки основных поверхностей детали - контурная (рис. 20.3, г) формируется путем повторения рабочих ходов инструмента вдоль контура обрабатываемой детали. Каждый такой ход совместно с вспомогательным образует траекторию в виде замкнутого цикла, начальная точка которого смещается вдоль некоторой прямой, приближаясь к контуру заготовки. Контурная схема соответствует стандартному циклу и достаточно просто программируется.

При выполнении черновых переходов для открытых и полуоткрытых зон инструмент после завершения каждого рабочего прохода выводится из зоны и подается на глубину следующего хода (вспомогательный ход).

В случае закрытой зоны инструмент не может быть выведен из нее в процессе обработки, поэтому при использовании для таких зон схем черновой обработки с подборкой и с получистовым проходом их надо несколько видоизменить: после завершения каждого рабочего хода инструмент возвращается (вспомогательный ход) к начальной точке этого хода и врезается на глубину следующего хода, двигаясь на подаче врезания вдоль контура обрабатываемой зоны.

Оценка основных схем черновых переходов по производительности позволяет сделать следующие выводы.

1. Наибольшую производительность обеспечивает схема «петля» в связи с отсутствием зачистных рабочих ходов. Однако в подавляющем большинстве случаев она может обеспечить равномерный припуск на чистовую обработку только для открытых зон.

2. Черновая схема с подборкой проигрывает по производительности черновой схеме с получистовым (зачистным) ходом из-за большей длины вспомогательных ходов.

3. Для открытых зон наибольшую производительность обеспечивает схема «петля», а для полуоткрытых и закрытых зон - черновая схема с зачистным проходом.

Комбинированные зоны целесообразно разбивать на несколько участков. Если комбинированная зона состоит из открытого и полуоткрытого участков (зон), то первый следует обрабатывать по схеме «петля», а второй - по черновой схеме с зачистным ходом. При наличии в составе комбинированной зоны всех трех участков, первые два целесообразно объединять и обрабатывать по cxемe «петля», а участок закрытого типа обрабатывать по схеме с зачистным ходом, продлив этот ход для зачистки чернового контура, входящего в первые два участка

Определение зон при разработке токарных переходов.

Область черновой обработки основных поверхностей разбивают на зоны. Сущecтвyeт несколько схем разделения припуска на зоны. На (рис. 20.4, а) показана схема, где зоны расположены между торцовыми сечениями 1-5. Припуск снимают последовательно по основным обрабатываемым поверхностям. Очевидно, такая схема разделения на зоны не является рациональной, так как проигрывает по производительности схемам, приведенным на (рис. 20.4, 6,). Это происходит из-за увеличения длины вспомогательных ходов, которые должны выполняться на всех торцах, кроме последнего.

Рисунок 20.4 Схема разделения припуска на зоны

Отсюда следует, что при работе на токарных станках при построении зон черновой обработки основных поверхностей надо стремиться включать в зону максимальное число таких поверхностей, обработка которых на данном установе возможна с применением выбранного инструмента.

Таким образом, можно выделить основные схемы удаления припуска.

- Схема, которая условно названа по циклам вертикалей. Припуск удаляется по отдельным участкам заготовки, начиная с правого торца. Такой вариант приемлем при обработке маложёстких заготовок, так как в этом случае по мере обработки уменьшается вылет заготовки и соответственно жёсткость её возрастает.

- Схема с условным названием по циклам горизонталей чернового контура. Припуск снимается по всей длине обрабатываемой заготовки с заданной глубиной резания, затем припуск удаляется с другого участка заготовки на заданную длину, затем с третьего и т.д. Последним следует окончательный проход, формирующий черновой контур детали.

Типовые схемы переходов при токарной обработке дополни­тельных поверхностей (канавок, проточек, желобов).

Типовые схемы обработки некоторых дополнительных элементов контура детали показаны в табл. 20.1.

По схеме I следует обрабатывать наружные угловые канавки для выхода шлифовального круга. Число проходов зависит от соотношения размеров резца и канавки. Рекомендуется подбирать инструмент таким образом, чтобы обра­ботку завершить за один ход или за три хода.

Таблица 20.1. Типовые схемы обработки канавок

Схема 2 - рекомендуемая схема выполнения перехода при обработке наружных проточек для выхода резьбообразующего инструмента. Ширину режущей части прорезного резца целесообразно выбирать таким образом, чтобы обработку завершить за два или три хода, как это показано на рисунке.

Схема 3 - наиболее рациональная схема обработки канавок для пружинных, пружинных упорных, уплотнительных и поршневых колец. Ширину рабочей части резца следует стремиться выбирать такой, чтобы обработку канавки выполнить за три хода.

По схеме 4 целесообразно обрабатывать канавки шкивов, канавки для сальниковых войлочных колец, а также торцовые канавки.

Прямые канавки обрабатывают прорезным резцом по типовой схеме 5. При параметре шероховатости поверхностей канавки Rz==40 мкм и более обработка ведется без чистовых ходов, обозначен­ных на рисунке под номерами n+1 и n + 2. Общее число ходов n == (Б : 8)/(8-1), где Б - ширина канавки; 8 - ширина рабочей части резца. В этой формуле знаменатель уменьшен на 1 мм для обеспечения необходимых перекрытий между соседними ходами.

При параметрах шероховатости торцов канавки Rz от 20 до 10 мкм и Ra от 2,5 до 1,25 мкм вводят чистовые ходы обработки этих торцов, как это показано на схеме. Под эти ходы оставляют припуск по 0,5 мм на сторону, вследствие чего общее число ходов

п= (b-B-l)/(B-l).

Если названные параметры шероховатости должны быть обеспечены и по дну канавки, то вводят дополнительный проход для зачистки дна, под который также оставляют припуск.

Для широких (Ь == 68 и более) и глубоких канавок рекомендуется применять комбинированную схему, в соответствии с которой обработка выполняется за два перехода - контурным и канавочным резцами.

Типовые схемы нарезания резьбы

На токарных станках с ЧПУ резьбы нарезают чаще всего с помощью резцов. Существуют две основные схемы формообразования резьбы резцами: с применением радиального и бокового врезания При радиальном врезании инструмент работает в условиях несвободного резания. Стружка формируется одновременно двумя кромками резца, процесс ее образования усложняется, она завивается в спираль, и отвод ее от резца затруднен, так как слои металла, срезаемые обеими кромками, стремятся загибаться по направлению друг от друга. Поэтому такую схему применяют или при нарезании мелкой резьбы с шагом до 2 мм включительно, или для чистовой обработки профиля резьбы.

Для черновых ходов при нарезании резьбы с шагом более 2 мм используют боковое врезание, при котором стружка образуется только одной режущей кромкой резца, что улучшает ее отвод.

Распространено многопроходное нарезание резьбы с большим числом не только черновых, но и чистовых ходов.

На токарных станках с ЧПУ можно нарезать как цилиндрические и конические резьбы, так и резьбы, расположенные на торцах, перпендикулярных к оси вращения.

Назначение инструмента для токарной обработки

Номенклатура инструментов. Режущий инструмент, применяемый на станках с ЧПУ, можно разделить на две большие группы.

В первую группу входят инструменты с осью вращения. Общим для них является то, что скорость резания определяется частотой вращения главного привода станка и диаметром инструмента. Сюда относятся стержневой инструмент для обработки отверстий (сверла, зенкеры, развертки, метчики и т. д.) и фрезы.

Ко второй группе относятся резцы для точения наружных и внутренних поверхностей вращения, а также для подрезания торцов.

В зависимости от направления подачи проходные резцы, используемые при реализации схемы обработки, делятся на правые и левые.

Для обработки наружных цилиндрических, конических и торцовых поверхностей используют в большинстве случаев проходные резцы трех типов: черновые с главным углом в плане φ=95˚ и вспомогательным углом в плане φ₁ =5˚, чистовые (контурные) с углами φ=95˚ и φ₁ =30˚ и комбинированные подрезные с углами φ=95˚ и φ₁=5° (рис. 6.14).

Для обработки внутренних основных поверхностей применяют центровочные и спиральные сверла, а также расточные резцы: черновые φ=95˚; φ₁ =(5÷ 10˚) и чистовые (контурные) (φ =95˚; φ₁ = 30˚).

Размеры расточного инструмента устанавливают в соответствии с размерами (диаметром и длиной) внутренних поверхностей деталей, обрабатываемых в патроне.

Чтобы выбрать размеры сверл для рассверливания многоступенчатых отверстий, сопоставляют длительность расточных и сверлильных переходов. Обычно для растачивания берут твердосплавные резцы, а для рассверливания сверла из быстрорежущей стали. В связи с этим при растачивании скорость резания примерно в 2,5÷3 раза выше, чем при сверлении, а подача составляет примерно 0,6-1,0 от подачи при сверлении. Два прохода расточным резцом выполняются быстрее, чем один проход сверлом.

Зенкеры обычно не включают в номенклатуру инструментов, используемых на токарных станках с ЧПУ. Это связано с тем, что при обработке отверстий на этих станках в большинстве случаев производительнее снять припуск расточными резцами, так как при этом формируется более высококачественная поверхность. Аналогично обстоит дело с использованием разверток. Токарные станки с ЧПУ позволяют с помощью расточных резцов получать отверстия, по точности и качеству поверхности не уступающие отверстиям, обработанным с помощью разверток. Поэтому развертки также нецелесообразно включать в основную номенклатуру инструмента для этих станков. Они могут быть рентабельными лишь при обработке больших партий деталей или отверстий малого диаметра

Несмотря на большое разнообразие форм дополнительных поверхностей число типоразмеров применяемого для их обработки режущего инструмента резко сокращается за счет использования описанных выше типовых схем выполнения переходов.

Для обработки дополнительных поверхностей применяют прорезные резцы (наружные, внутренние и торцовые) , внутренние и наружные резцы для угловых канавок, а также резьбовые наружные и внутренние резцы для метрических и дюймовых резьб.

ФОРМИРОВАНИЕ И ОТВОД СТРУЖКИ

При токарной обработке деталей, особенно из вязких материалов, появляется проблема отвода стружки из зоны обработки. Сливная стружка заполняет рабочее пространство, может наматываться на вращающиеся части оборудования, трудно поддаётся удалению механизированным способом, так как занимает большой объём. Наиболее удобна в этом отношении мелкая стружка, аналогичная образующейся при фрезеровании.

Для обеспечения формирования стружки в виде, удобном для удаления и транспортировки используются следующие способы:

1. Рациональный выбор режимов резания при заданной геометрии режущего инструмента. Варьируя основными технологическими параметрами – скоростью, подачей и глубиной резания можно подобрать такое их сочетание, при котором будет сходить элементная стружка.

2. Подбор геометрии резца при заданных режимах резания. В тех случаях, когда изменение режимов обработки может привести к ухудшению качества обработки или снижению производительности, необходимо подбирать рациональную геометрию режущего инструмента для обеспечения хорошего стружкодробления

1

1

2

2

Рисунок 20.5. Схема деления припуска для стружкодробления

2. Применением рациональных схем деления припуска, которые обеспечивали бы ограничение размеров стружки и облегчали её отвод из зоны обработки. В качестве примера можно рассмотреть процесс обработки широких канавок прорезным резцом (Рис. 20.5).

Вначале прорезаются канавки 1 на глубину, равную ширине резца или чуть больше, затем прорезаются канавки 2 на полную глубину и срезаются оставшиеся участки.

При растачивании отверстий так же используют этот способ, т. е. обработку ведут не на всю длину растачиваемого отверстия, а отдельными участками.

3. Применение так называемого «кинематического способа», который предусматривает использование дополнительного перемещения инструмента.

Этот способ реализуется несколькими вариантами.

-Резец начинает перемещаться вдоль обрабатываемой поверхности с рабочей подачей, затем подача прекращается примерно на 1,5 оборота детали, осуществляется выстой, во время которого сечение стружки уменьшается до нуля, затем новое врезание.

- Рабочая подача осуществляется примерно н а неполный оборот детали, затем следует выстой – подача прекращается.

-Резец врезается в течение неполного оборота детали, затем отводится назад на величину упругих деформаций или чуть большую и следует выстой.

-На движение подачи накладываются дополнительные гармонические колебательные движения с частотой в1,5÷3,5 раза большей частоты вращения и амплитудой, равной половине значения рабочей подачи.

-Во время рабочей подачи резец периодически перемещают в направлении движения со скоростью, превышающей значение рабочей подачи на величину 0,5 S. Затем резец перемещают в противоположном направлении на ту же величину. После этого резец продолжает движение на части оборота с рабочей подачей и цикл повторяется.

На большинстве станков такой способ реализуется введением в программное обеспечение специальных циклов обработки с дроблением стружки.

4. Способ предварительного формирования стружкоразделительных канавок на поверхности, подлежащей обработке.

Для этого на поверхности детали наносят стружкоразделительные канавки. Такие канавки могут наноситься двумя способами: прорезкой винтовой канавки с большим шагом или образованием канавки при последнем черновом проходе. Глубина канавки примерно 0,05÷0,1 мм. Канавка формируется контурным резцом с углами φ = 93˚ и φ₁ = 32˚.

Образование канавок при последнем черновом проходе выполняется следующим образом. Во время рабочего хода резцу сообщается дополнительное перемещение в радиальном направлении на величину глубины канавки. За время этого движения деталь совершает примерно шестую часть оборота и резец возвращается на обрабатываемый размер. Такие движения инструмент совершает каждые 2÷3 оборота.

Проблема дробления и отвода стружки решается так же путём создания сменных пластин со сложной передней поверхностью, форма которой способствует изменению величины пластической деформации до такого состояния, при котором происходит дробление стружки.