Токарная обработка металла: суть, виды, оборудование

О чем речь? Токарная обработка металла применяется для работы с круглыми заготовками. В перечень действий входят обточка цилиндрических заготовок, сверление отверстий, центрирование, расточка.

Как выполняется? Для токарных операций используются разное оборудование и оснастка. Наибольшее распространение получили токарно-револьверные, токарно-фрезерные, токарно-карусельные станки. В качестве оснастки используются резцы, сверла, зенкеры, плашки. Также учитывают условия и требования к качеству манипуляций.

Особенности токарной обработки металла

Современные технологии позволяют изготавливать различные детали, начиная от простых цилиндрических элементов и заканчивая сложными зубчатыми колесами.

Основу процесса составляет обработка вращающихся цилиндрических заготовок. Достижение требуемой формы и размеров обеспечивается за счет двух основных движений: ротации детали, зафиксированной в станке, и поступательного перемещения режущего инструмента. Их взаимодействие позволяет обрабатывать поверхности с высокой точностью, придавая им заданные параметры.

На токарных станках выполняется широкий спектр операций, среди которых:

• Обтачивание цилиндрических заготовок выполняется в несколько этапов. Сначала производится черновая обработка, затем чистовая, обеспечивающая требуемую гладкость поверхности. Для подрезки уступов и торцевых поверхностей используются разные резцы.
• Сверление: процесс создания отверстий, при котором сверло фиксируется в задней бабке станка. Подача инструмента осуществляется вручную с помощью маховика.

Фото: unaihuiziphotography / Freepik

• Центрирование заготовки. Это метод предварительной подготовки детали. При нем выполняется сверление центровых отверстий. Инструменты могут быть закреплены как в патроне, так и в задней бабке.
• Растачивание, зенкерование и развертывание отверстий: применяется для повышения точности обработки внутренних поверхностей. Например, зенкер — это многолезвийный инструмент. Он используется для увеличения диаметра отверстия с высокой точностью.

Современная токарная обработка металла на станках с ЧПУ значительно повышает качество и эффективность производства. Автоматизированные системы позволяют выполнять действия без постоянного контроля оператора, точно соблюдая заложенные в программе параметры, что особенно важно при массовом производстве деталей.

Виды станков и оснастка для токарной обработки металла

При механической технологии широко применяются станки, позволяющие создавать изделия с вращающейся геометрией.

В зависимости от назначения и специфики работ выделяют несколько типов такого оборудования:

• Токарно-револьверные станки: рассчитаны на серийное производство мелких деталей. Отличительной чертой является револьверная головка, которая упрощает смену инструмента и повышает скорость обработки.
• Токарно-винторезные станки. Универсальное оборудование, позволяющее совмещать вращение заготовки с поступательным движением инструмента. Это особенно важно при нарезании резьбы.
• Карусельные токарные станки предназначены для обработки крупногабаритных деталей. Они оснащены массивной станиной и вращающейся планшайбой.
• Токарно-фрезерные станки. Это комбинированные установки. Они позволяют выполнять токарно-фрезерную обработку металла, что важно при изготовлении сложных деталей.

• Автоматические токарные станки. Это высокопроизводительное оборудование для серийного изготовления изделий со сложной геометрией.
• Лоботокарные станки. Узкоспециализированные устройства для обработки торцевых поверхностей. Они востребованы при производстве небольших партий продукции.

Инструменты для токарной обработки металла:

• резцы — для внешней обработки поверхностей;
• сверла — для создания отверстий в заготовках;
• метчики — для нарезания внутренней резьбы;
• плашки — для формирования наружной;
• зенкеры — для точной расточки отверстий;

Фото: toolsnavis / Freepik

• развертки — для окончательной их обработки с высокой степенью точности;
• резьбонарезные головки — для автоматизации процесса формирования резьбы.

Виды токарной обработки металла

Токарные станки позволяют создавать детали, имеющие осесимметричную форму:

• втулки;
• шкивы;
• валы;
• кольца;
• зубчатые колеса;

• гайки;
• муфты и другие механические элементы.

Процесс изготовления включает в себя множество операций: внешняя и внутренняя обработка, нарезка канавок, сверление, расточка, зенкерование, формирование резьбы. Рассмотрим основные методы обработки металла на токарных станках.

Обточка цилиндрических заготовок

Для работы с такими поверхностями используются проходные резцы, причем процесс выполняется в два этапа. Сначала производится грубое обтачивание черновым резцом для снятия основного слоя металла с заготовки.

Для чистоты обработки металла на токарном станке применяются специальные (чистовые) резцы, обеспечивающие гладкость поверхности. Если требуется минимальная шероховатость, используют инструмент с широкой режущей кромкой.

Подрезка торцов и уступов

Для ее выполнения применяется подрезной резец, который необходим при точении в центрах. Этот инструмент позволяет обработать торцевую часть детали полностью. Для этого в заднюю бабку устанавливают полуцентр. Он помогает закрепить заготовку в необходимом положении. Если она зафиксирована только с одного конца в патроне, то для подрезки торца удобно использовать отогнутый резец, который выполняет проход по оси детали.

Для точных работ по проточке уступов применяют подрезные резцы упорного типа. Они могут действовать как с продольными, так и с поперечными подачами.

Фото: EyeEm / Freepik

Важно, чтобы вершина режущей кромки подрезного инструмента была на уровне центров. Если он установлен выше или ниже, на торце образуется неполный подрез, что приведет к неточности.

Нарезка канавок

Процесс их проточки осуществляется с использованием прорезных резцов, которые обладают кромками, точно соответствующими форме канавки. Поскольку последние обычно имеют небольшую ширину, для их вытачивания нужны резцы с узкими кромками. Это делает их более хрупкими. Чтобы повысить точность обработки, головки таких резцов изготавливают с высотой, значительно превосходящей их ширину.

Помимо прорезных, канавки могут вытачиваться и отрезными. Длина головки таких резцов должна быть на 50 % больше диаметра детали. Это позволяет обеспечить точность и стабильность работы.

Монтаж резца на станке должен быть выполнен с большой четкостью. Перекос способен привести к его контакту с внутренними стенками канавки. Это может не только испортить деталь, но и повредить резец.

Когда канавка узкая, для ее вытачивания достаточно одного прохода, но для широких канавок иногда нужны несколько с корректировкой глубины.

Создание конусов точением

Создание конусных элементов на токарных станках осуществляется несколькими способами. Один предполагает фиксацию заготовки в патроне и поворот верхней части суппорта на угол, равный половине угла конуса. Обработка выполняется перемещением инструмента с помощью салазок, что подходит для деталей с короткими коническими участками.

Если широкая часть конуса ближе к передней бабке, заднюю перемещают в сторону от оператора, если узкая — наоборот, приближают.

Технология сверления на токарных станках

В этом процессе используют перовые и спиральные сверла.

Первое имеет две плоские режущие грани, соединенные со стержнем. Стандартный угол на вершине составляет 116–118°. Но в зависимости от твердости материала он может варьироваться в пределах 90–140°. Для обработки более твердых металлов применяются сверла с увеличенным углом. Однако этот инструмент обеспечивает сравнительно низкую точность.

Спиральные сверла более эффективны при обработке отверстий, поэтому их используют чаще. Они состоят из рабочей части и хвостовика, который бывает цилиндрическим или коническим. Он служит для фиксации сверла в патроне или пиноли станка.

Фото: KamranAydinov / Freepik

Рабочая часть инструмента представляет собой цилиндр с винтовыми канавками, формирующими режущие кромки. Эти канавки обеспечивают эффективное удаление стружки. На режущей головке сверла расположены передняя и задняя поверхности, соединенные центральной перемычкой. Угол его вершины соответствует значениям, характерным для перового инструмента.

Условия и требования к качеству токарной обработки металла

Эффективность ее определяется несколькими ключевыми факторами:

• допустимая глубина снятия слоя материала за один проход;
• скорость подачи инструмента в зависимости от глубины резания;
• длина (величина) продольного движения резца.

Для обеспечения высокого качества обработки необходимо учитывать следующие параметры:

• скорость вращения заготовки или инструмента (чем она больше, тем выше требования к оборудованию);
• жесткость фиксации режущего инструмента (надежное крепление повышает точность обработки, но увеличивает стоимость оборудования);
• надежность всех узлов оборудования и удобство их обслуживания (простые конструкции часто более долговечны, но не всегда дешевле).

Кроме того, этот параметр влияет на оптимальную частоту вращения шпинделя, что требует точной настройки для каждой операции.

Часто задаваемые вопросы о токарной обработке металла

Какие бывают виды стружки при токарной обработке металла?

В процессе возникает несколько разновидностей стружки. Каждая из них зависит от скорости резания, типа материала и условий действий:

• Сливная (цельная) стружка: формируется при токарной обработке цветных металлов с большой пластичностью (медь, алюминий, свинец) на высокой скорости. Имеет лентоподобную форму и отличается плавностью изгибов.
• Разрывная стружка: характерна для хрупких материалов. Ее образование сопровождается частыми разломами, из-за чего отходы дробятся на мелкие элементы.

Фото: johnny sanchez / Unsplash

• Сегментированная стружка: наблюдается при резании алюминия и мягких сталей на средней скорости. Визуально состоит из отдельных частей, соединенных между собой.
• Дискретная стружка: появляется при обработке жестких сплавов. Отличается хаотичной структурой и малой длиной фрагментов.

Что собой представляют станки ЧПУ для токарной обработки металла?

Использование оборудования с числовым программным управлением позволяет обеспечить высокую точность и повторяемость операций. Такие станки востребованы в серийном производстве и позволяют работать с различными металлами и их сплавами.

Преимущества обработки металла на токарных автоматах с ЧПУ:

• Минимальные погрешности благодаря автоматизации процесса.
• Возможность обработки широкого спектра металлов, включая сложные сплавы.
• Минимальное участие оператора, снижение влияния человеческого фактора.

Основные виды точения на станках с ЧПУ:

• Наружная обработка (удаление лишнего слоя с внешней стороны заготовки).
• Растачивание внутренних полостей (создание отверстий и углублений).
• Фронтальное точение (обработка торцевых поверхностей).

Какие виды токарной обработки металла осуществляются с помощью разных резцов?

Режущий инструмент подбирается в зависимости от вида операции:

• Прямые и отогнутые резцы: применяются для обработки наружных поверхностей.
• Упорные: используются при точении торцов и цилиндрических элементов.
• Отрезные резцы: предназначены для создания канавок и разделения заготовок.
• Расточные: служат для обработки и доведения до нормы внутренних отверстий.

С каждым годом оборудование совершенствуется, делая этот метод еще более эффективным.

Изображение в шапке статьи: AntonyGridin / Freepik