Токарная обработка это

Что такое токарная обработка металла

Токарная обработка является способом изготовления деталей путем срезания лишнего слоя металла с заготовки до получения изделия заданных параметров. Суть процесса заключается во взаимодействии вращающейся заготовки с неподвижным резцом, который своей режущей кромкой внедряется в материал и отделяет стружку. Данный метод применяется для создания деталей типа тел вращения, таких как валы, втулки, диски, фланцы и многие другие элементы машин и механизмов.

Процесс токарной обработки основан на двух основных движениях. Главное движение обеспечивает вращение заготовки, закрепленной в патроне или между центрами станка. Движение подачи осуществляется перемещением резца вдоль оси заготовки или в поперечном направлении. Сочетание этих движений позволяет получать цилиндрические, конические, фасонные и торцевые поверхности с различной степенью точности.

Основные виды токарных операций

Современные токарные станки позволяют выполнять широкий спектр технологических операций, каждая из которых предназначена для решения определенных производственных задач. Выбор конкретной операции зависит от типа обрабатываемой детали, требований к точности и характера производства.

Обтачивание наружных поверхностей

Обтачивание представляет собой базовую операцию точения, при которой резец снимает слой металла с наружной поверхности вращающейся заготовки. Различают черновое обтачивание с большими припусками и глубиной резания до 5 миллиметров, а также чистовое с минимальными припусками для достижения требуемой шероховатости. Данная операция применяется для изготовления валов, осей, пальцев и других деталей цилиндрической формы.

Растачивание внутренних отверстий

Растачивание используется для обработки внутренних цилиндрических и конических поверхностей с целью увеличения диаметра существующих отверстий и достижения заданной точности. Расточные резцы имеют специальную геометрию с углами наклона головки 95 градусов для глухих отверстий и 60 градусов для сквозных. Эта операция критична при изготовлении втулок, корпусных деталей и других элементов с точными посадочными поверхностями.

Подрезание торцов и уступов

Подрезание торцевых поверхностей обеспечивает получение плоских торцов, перпендикулярных оси детали, что важно для базирования при последующих операциях. Обработка уступов позволяет создавать ступенчатые валы с переходами различных диаметров. Точность подрезания влияет на качество сборки узлов и механизмов.

Сверление и обработка отверстий

На токарных станках выполняется сверление осевых отверстий, а также их дальнейшая обработка методами зенкерования и развертывания. Зенкерование применяется для увеличения диаметра отверстий и улучшения их геометрии после сверления. Развертывание является финишной операцией, обеспечивающей высокую точность и минимальную шероховатость внутренних поверхностей.

Нарезание резьбы

Нарезание наружной и внутренней резьбы выполняется резьбовыми резцами, метчиками или плашками. Резьбонарезание требует точной настройки режимов резания и синхронизации вращения шпинделя с продольным перемещением резца. На станках с числовым программным управлением данная операция выполняется с высокой повторяемостью и точностью.

Отрезка и вытачивание канавок

Отрезка применяется для разделения заготовки на части или отделения готовой детали от прутка. Вытачивание канавок различной формы необходимо для размещения уплотнительных колец, стопорных элементов или выхода режущего инструмента при шлифовании. Эти операции требуют жесткого крепления заготовки и правильного выбора геометрии резца.

Типы токарных станков и их особенности

Выбор токарного оборудования определяется характером производства, размерами обрабатываемых деталей и требованиями к точности. Современная промышленность использует различные типы станков, каждый из которых имеет свои конструктивные особенности и область применения.

Токарно-винторезные станки составляют основу парка оборудования в механических цехах благодаря своей универсальности. Они оснащены коробкой скоростей, механизмом подач и позволяют обрабатывать детали диаметром от нескольких миллиметров до полуметра. Современные модели отличаются повышенной жесткостью конструкции и возможностью достижения высоких скоростей резания.

Станки с числовым программным управлением представляют собой высокотехнологичное оборудование с автоматизированной системой управления движениями инструмента. Программа обработки создается заранее и записывается в память системы ЧПУ, что обеспечивает стабильное качество деталей при серийном производстве. Оператор станка контролирует процесс и выполняет измерения готовых изделий.

Резцы и режущий инструмент

Качество токарной обработки напрямую зависит от правильного выбора режущего инструмента. Токарные резцы классифицируются по нескольким признакам, определяющим их назначение и возможности применения.

Классификация резцов по назначению

• Проходные резцы применяются для обтачивания наружных цилиндрических поверхностей и подрезания торцов. Они имеют наибольшую жесткость и работают на высоких скоростях резания.
• Расточные резцы предназначены для обработки внутренних поверхностей отверстий. Различаются по углу наклона головки в зависимости от типа отверстия.
• Отрезные резцы используются для разделения заготовки на части. Имеют узкую режущую часть для минимизации отходов материала.
• Резьбовые резцы служат для нарезания резьбы с заданным профилем и шагом. Требуют точной заточки под конкретный тип резьбы.
• Фасонные резцы применяются для получения поверхностей сложной формы. Профиль режущей кромки соответствует форме обрабатываемой детали.

Материалы режущей части

Режущая часть резцов изготавливается из различных материалов в зависимости от условий обработки. Быстрорежущие стали применяются для обработки конструкционных сталей на средних скоростях резания. Твердые сплавы обеспечивают высокую производительность и износостойкость при обработке закаленных материалов. Керамические пластины используются для скоростного резания с минимальным применением смазочно-охлаждающих жидкостей.

Режимы резания при токарной обработке

Режим резания представляет собой совокупность параметров, определяющих условия обработки заготовки на токарном станке. Правильный выбор режимов обеспечивает оптимальную производительность, требуемое качество поверхности и рациональное использование ресурса режущего инструмента.

Глубина резания

Глубина резания определяется как расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное перпендикулярно к оси детали. При точении цилиндрической поверхности глубина резания равна половине разности диаметров заготовки до и после обработки. Для черновых операций назначают максимально возможную глубину с учетом жесткости системы станок-приспособление-инструмент-деталь, обычно от 2 до 5 миллиметров, что позволяет снять весь припуск за один или несколько проходов. Чистовая обработка выполняется с малыми глубинами резания от 0,5 до 2 миллиметров для достижения требуемой точности и шероховатости.

Подача

Подача характеризует скорость перемещения резца вдоль обрабатываемой поверхности и измеряется в миллиметрах на один оборот заготовки. Величина подачи оказывает наибольшее влияние на шероховатость обработанной поверхности. При черновом точении применяют подачи от 0,4 до 1,5 миллиметров на оборот, при чистовом обтачивании значения подачи снижаются до 0,1-0,3 миллиметров на оборот. Выбор подачи также зависит от прочности резца, жесткости закрепления детали и мощности станка.

Скорость резания

Скорость резания представляет собой путь, проходимый точкой режущей кромки инструмента относительно заготовки за единицу времени. Она рассчитывается по формуле с учетом диаметра обрабатываемой поверхности и частоты вращения шпинделя. Скорость резания выбирается исходя из материала заготовки и резца, типа выполняемой операции и требуемой стойкости инструмента. Для обработки конструкционных сталей твердосплавными резцами скорость резания составляет от 100 до 200 метров в минуту, а при использовании быстрорежущих резцов этот показатель снижается до 25-60 метров в минуту.

Методы расчета режимов

Определение оптимальных режимов резания выполняется несколькими способами. Табличный метод основан на использовании справочных данных, накопленных в результате многолетней практики. Аналитический метод предполагает расчет параметров по эмпирическим формулам с учетом конкретных условий обработки. На современных станках с ЧПУ применяется программный расчет режимов с использованием специализированных калькуляторов, что позволяет быстро подобрать оптимальные параметры для конкретной детали.

Точность обработки и контроль качества

Точность токарной обработки характеризуется степенью соответствия размеров и формы готовой детали заданным чертежом параметрам. Достижимая точность зависит от класса точности станка, качества режущего инструмента, правильности выбора режимов резания и квалификации оператора.

Классы точности станков

Токарные станки подразделяются на пять классов точности. Станки нормальной точности класса Н составляют основу парка универсального оборудования и обеспечивают обработку по 3-5 классам точности деталей. Оборудование повышенной точности класса П изготавливается на базе станков нормальной точности с повышенными требованиями к изготовлению и сборке узлов. Станки высокой точности класса В, особо высокой точности класса А и прецизионные станки класса С применяются для изготовления ответственных деталей с минимальными допусками.

Факторы, влияющие на точность

На точность обработки влияет комплекс факторов, связанных с геометрической точностью станка, жесткостью технологической системы, температурными деформациями и износом инструмента. Погрешности базирования и закрепления заготовки вносят дополнительные отклонения в размеры готовой детали. Вибрации в процессе резания приводят к ухудшению качества поверхности и снижению точности формы.

Средства контроля

Для контроля размеров обработанных деталей применяются различные измерительные инструменты и приборы. Штангенциркули с точностью измерения 0,1 миллиметра используются для проверки наружных и внутренних размеров. Микрометры обеспечивают точность измерения до 0,01 миллиметра и применяются для контроля ответственных поверхностей. Калибры служат для проверки соответствия размеров заданным предельным значениям. Современные производства оснащаются координатно-измерительными машинами для автоматизированного контроля сложных деталей.

Применение токарной обработки

Токарная обработка находит широкое применение практически во всех отраслях машиностроения благодаря универсальности метода и возможности получения деталей различной сложности. Данный вид обработки незаменим при изготовлении элементов машин и механизмов типа тел вращения.

Машиностроение и приборостроение

В машиностроении токарная обработка применяется для изготовления валов, осей, втулок, фланцев и других деталей силовых передач. Производство редукторов, коробок передач и других узлов невозможно без токарных операций. Приборостроение требует особо точной обработки малогабаритных деталей с жесткими допусками на размеры и форму.

Авиационная и космическая промышленность

Авиационное двигателестроение предъявляет повышенные требования к качеству обработки деталей из жаропрочных сплавов и титановых материалов. Токарные операции применяются при изготовлении дисков турбин, валов компрессоров и других ответственных элементов силовых установок. Космическая техника требует прецизионной обработки деталей с минимальным весом и максимальной надежностью.

Нефтегазовое оборудование

Производство оборудования для нефтяной и газовой промышленности включает изготовление штоков, плунжеров, корпусных деталей насосов и компрессоров. Токарная обработка обеспечивает необходимую точность посадочных поверхностей и герметичность соединений, работающих под высоким давлением.

Автомобилестроение

Массовое производство автомобилей основано на использовании автоматизированных токарных линий для изготовления валов двигателей, элементов подвески, деталей трансмиссии. Применение станков с ЧПУ обеспечивает высокую производительность и стабильное качество при минимальных затратах на оснастку.