Технология обработки отверстий на токарных станках

Растачивание отверстий

Обычно отверстия растачивают на токарных станках в тех случаях, когда требуемое качество и точность внутренних поверхностей невозможно достичь методом сверления, рассверливания или зенкерования, либо когда нет в наличии подходящего по диаметру инструмента.

Например, в заводских условиях заготовки с предварительно подготовленными отверстиями, получаемыми с помощью штамповки, литья или ковки подвергаются последующей обработке методом растачивания, так как их поверхности не соответствуют необходимым техническим требованиям.

При выполнении расточных работ на токарных станках можно получить отверстия в пределах 8 — 11 -го квалитета точности при этом качество обработки поверхности Ra 6.3 … 12.5 мкм для предварительной грубой обработки, и 0.8 … 3.2 мкм при окончательной чистовой обработке.

При использовании твердосплавных резцов для расточки цветных металлов точность размеров может достичь 7 -го, а в некоторых случаях даже 6 -го квалитета, при этом чистота отделки поверхности будет в пределах Ra 0.4 … 0.8 мкм .

Обработку отверстий на токарных станках выполняют с помощью специально предназначенных для этого расточных резцов. От того какого рода будет обрабатываться отверстие выбираются типы расточных резцов которые могут быть предназначены, как для сквозных отверстий, так и для глухих.

Обработка сквозного отверстия

В процессе растачивания для резца создаются более тяжёлые условия, нежели при обычном наружном обтачивании. Это связано с тем, что в зону резания затруднено поступление охлаждающей жидкости, а так же имеет место плохое удаление стружки. Стоит отметить, что расточные резцы значительно меньше в сечении по сравнению с остальными резцами, применяемыми на токарном станке. Данный инструмент к тому же имеет большой вылет и как следствие является менее жёстким, что неизбежно вызывает вибрации из-за прогиба. Как правило, для расточных резцов выбирается уменьшенная скорость резания и задаётся небольшой съём припуска с заготовки.

Обработка глухого отверстия

Обычно установка резца при черновом растачивании выполняется по центру оси детали либо чуть, ниже на один – полтора миллиметра, за счёт чего происходит увеличение переднего угла γ , что улучшает условия резания и снижает вероятность возникновения вибраций.

Если резец установить выше центра то его будет отжимать, в результате чего размер отверстия будет меньше требуемого. В этом случае при последующей многопроходной расточке размер отверстия можно довести до номинальной величины. Зная особенности расточных резцов, установку инструмента для чистового растачивания рекомендуется производить несколько выше цента оси вращения детали на 0,01 – 0,03 диаметра отверстия. Стоит отметить, что если расточной резец установлен, ниже центра его тоже отжимает, причём диаметр в этом случае увеличивается на величину большую от требуемой, к тому же может наблюдаться искажение формы отверстия.

Дефекты при растачивании

Производя обработку внутренних поверхностей цилиндрических отверстий, приходится сталкиваться, как правило, всё с теми же дефектами, что и при обтачивании цилиндрических поверхностей расположенных снаружи: отклонения, рассматриваемые в продольном сечении ( поверхность может принимать форму бочки, седла, конуса ); отклонение от круглой формы (овальность или огранка); несоответствие прямолинейности оси отверстия.

При зажатии в токарный патрон из-за усилия, прикладываемого его кулачками, возникают упругие, и даже пластические деформации при зажатии тонкостенных заготовок.

Технология обработки отверстий на токарных станках

Токарная обработка

План лекции

Лекция 2. Обработка на токарных станках

1. Токарная обработка

2. Обработка заготовок на токарно-винторезных станках

3. Обработка заготовок на токарно-револьверных станках

4 Обработка заготовок на токарно-карусельных станках

5. Обработка на одношпиндельных токарных автоматах и полуавтоматах

6. Обработка на многошпиндельных токарных полуавтоматах и автоматах

Основные методы механической обработки резанием, сопровождающиеся снятием стружки, могут быть реализованы на металлорежущих станках определенных групп: 1) точение; 2) растачивание; 3) сверление, зенкерование, развертывание; 4) фрезерование; 5) строгание, долбление; 6) протягивание, прошивание; 7) зубонарезание; 8) шлифование, доводка, полирование.

Токарная обработка – это наиболее распространенный метод обработки деталей типа тел вращения (валов, осей, цапф, дисков, фланцев, муфт, колец, втулок, гаек и т.п.). На токарных станках можно производить черновое, получистовое и чистовое точение и растачивание цилиндрических, конических, сферических и фасонных поверхностей; подрезание плоских торцовых поверхностей, точение наружных и внутренних канавок, нарезание наружной и внутренней резьбы, сверление, зенкерование, развертывание отверстий и др.

Токарная обработка поверхностей осуществляется при вращательном главном движении заготовки и поступательном (продольном, поперечном или наклонном по отношению к оси заготовки) движении подачи инструмента. Формообразование поверхностей при резании с продольной подачей — по методу следов, при поперечной подаче инструмента — по методу копирования.

В токарную группу входят токарно-винторезные, токарно-револьверные, токарно-карусельные станки; токарные полуавтоматы и автоматы.

Токарно-винторезные станки предназначены для наружной и внутренней обработки, включая нарезание резьбы в условиях единичного и мелкосерийного производства. Компоновка токарно-винторезного станка представлена на рис. 2.1.

Главное вращательное движение (ось вращения горизонтальна) совершает шпиндель 4 с заготовкой. Движение подачи осуществляет продольный 6 или поперечный 5 суппорт; ряд работ можно производить при ручной осевой подаче с установкой инструмента в пиноль 8 задней бабки 9.

Установка и закрепление заготовки на токарном станке, зависят от типа станка, вида обрабатываемой поверхности, типоразмера заготовки, требований к точности обработки и др. факторов. На токарно-винторезных станках для базирования и закрепления заготовок широко используются трехкулачковые самоцентрирующие патроны (рис.2.2,а), которые применяют для закрепления заготовок при отношении их длины к диаметру l/d 10 для уменьшения деформации заготовки при резании применяют люнеты (рис. 2.2,и).

Рис.2.1. Общий вид токарно-винторезного станка: 1 – станина; 2 – коробка подач; 3 – коробка скоростей; 4 – шпиндель; 5 – поперечный суппорт; 6 – продольный суппорт; 7 – верхний суппорт; 8 – пиноль; 9 – задняя бабка; 10 – поддон; 11 – салазки; 12 – ходовой винт; 13 – ходовой валик

Для установки полых заготовок типа колец, втулок, стаканов применяют: конические, цанговые или упругие оправки (рис. 2.2,л, м, н).

Рис. 2.2. Приспособления к токарным станкам

Многообразие видов поверхностей, обрабатываемых на токарных станках, привело к созданию большого числа конструкций токарных резцов. Главный принцип их классификации – технологическое назначение.

Согласно типовым схемам обработки на универсальных токарно-винторезных станках, обработку наружных цилиндрических поверхностей осуществляют проходными резцами с продольной подачей (рис.2.3,а); подрезание торцов – подрезными или отогнутыми резцами с поперечной подачей (рис.2.3,б).

Рис.2.3. Схемы обработки на токарно-винторезном станке

Короткие фасонные поверхности на токарно-винторезных станках обычно обтачивают с поперечной подачей фасонными резцами; длинные фасонные поверхности – проходными резцами с помощью копира – детали, устанавливаемой на станке и благодаря фасонному рабочему профилю изменяющей нужным образом траекторию перемещения инструмента.

Наружные резьбовые поверхности получают точением резцами, резцовыми головками, гребенками, плашками. Наиболее широко применяется способ нарезания одно- и многозаходных резьб резцами, форма режущих кромок которых определяется профилем нарезаемой резьбы. Этот способ пригоден для нарезания как наружных, так и внутренних резьб. В некоторых случаях для повышения производительности обработки за счет уменьшения числа рабочих ходов в качестве режущего инструмента используют резьбонарезные гребенки. Для нарезания наружной резьбы на винтах, болтах, шпильках и других подобных деталях применяют плашки; при этом участок детали, на котором нарезается резьба, должен иметь несколько меньший диаметр, чем наружный диаметр нарезаемой резьбы, что достигается предварительной обработкой. Внутренняя метрическая резьба диаметром до 50 мм может нарезаться метчиками.

Точение кольцевых канавок и отрезание готовой детали производят с поперечной подачей соответственно прорезными (канавочными) — рис.2.3, в, г и отрезными резцами (рис.2.3, з, и).

Обработку отверстий на токарно-винторезных станках выполняют с продольной подачей режущего инструмента (сверла, зенкера или развертки), который устанавливается в пиноль задней бабки (рис.2.3,д).

Конические поверхности на токарных станках обтачивают следующими способами: а — широкими резцами (рис.2.4,а), при этом длина образующей обычно не превышает 30 мм; б — с поворотом и ручной подачей каретки верхнего суппорта (рис.2.4,б), когда длина образующей не может быть больше величины хода каретки; в — со смещением корпуса задней бабки в поперечном направлении (рис.2.4,в), этот способ используют для обработки длинных поверхностей с небольшой конусностью (a £ 4°); г — с помощью конусной линейки (рис.2.4,г) — устройства, устанавливаемого на станине станка и обеспечивающего перемещение резца вдоль образующей конуса. Способы «а», «б» и «г» пригодны и для растачивания внутренних конических поверхностей.

В серийном производстве широко используются станки с числовым программным управлением (ЧПУ), построенные на базе универсальных токарно-винторезных станков.

Технология обработки цилиндрических отверстий

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

На токарных станках обработка цилиндрических отверстий производится сверлами, зенкерами, развертками и расточными оправками с закрепленными в них резцами.

Сверление

Сверла с коническими хвостовиками устанавливают непосредственно в конусное отверстие пиноли задней бабки, а если размеры конусов не совпадают, то используют переходные втулки.

Для крепления сверл с цилиндрическими хвостовиками (диаметром до 16 мм) применяют сверлильные кулачковые патроны, которые устанавливают в пиноли задней бабки.

Перед сверлением отверстий заднюю бабку перемещают по станине на такое расстояние от заготовки, чтобы сверление можно было производить на требуемую глубину при минимальном выдвижении пиноли из корпуса задней бабки. Перед началом сверления заготовку приводят во вращение включением шпинделя.

Сверло плавно (без удара) подводят вручную (вращением маховика задней бабки) к торцу заготовки и производят сверление на небольшую глубину (надсверливают). Затем отводят инструмент, останавливают заготовку и проверяют точность расположения отверстия. Для того чтобы сверло не сместилось, предварительно производят центрование заготовки коротким спиральным сверлом большого диаметра или специальным центровочным сверлом с углом при вершине 90°. Благодаря этому в начале сверления поперечная кромка сверла не работает, что уменьшает смещение сверла относительно оси вращения заготовки. Для замены сверла маховик задней бабки поворачивают до тех пор, пока пиноль не займет в корпусе бабки крайнее правое положение, в результате чего сверло выталкивается винтом из пиноли. Затем в пиноль устанавливают нужное сверло.

При сверлении отверстия, глубина которого больше его диаметра, сверло (также как при работе на сверлильных станках), периодически выводят из обрабатываемого отверстия и очищают канавки сверла и отверстие заготовки от накопившейся стружки.

При ручном управлении станком трудно обеспечить постоянную скорость движения подачи. Для стабилизации скорости подачи используют различные устройства. Для механической подачи сверла его закрепляют в резцедержателе. Сверло 1 с цилиндрическим хвостовиком (рис. 4.29, а) с помощью прокладок 2 и 3 устанавливают в резцедержателе так, чтобы ось сверла совпадала с линией центров. Сверло 1 с коническим хвостовиком (рис. 4.29, б) устанавливают в державке 2, которую крепят в резцедержателе.

После выверки совпадения оси сверла с линией центров суппорт со сверлом вручную подводят к торцу заготовки и обрабатывают пробное отверстие минимальной глубины, а затем включают механическую подачу суппорта. При сверлении напроход перед выходом сверла из заготовки скорость механической подачи значительно уменьшают или отключают подачу и заканчивают обработку вручную.

При сверлении отверстий диаметром 5. 30 мм скорость подачи S = 0,1 . 0,3 мм/об для стальных деталей и S = 0,2. 0,6 мм/об для чугунных деталей.

Для получения более точных отверстий и для уменьшения увода сверла от оси детали используют рассверливание, т. е. сверление отверстия в несколько приемов. При сверлении отверстий большого диаметра (свыше 30 мм) также прибегают к рассверливанию для уменьшения осевого усилия. Режимы резания при рассверливании отверстий те же, что и при сверлении.

Зенкерование

Зенкером обрабатывают отверстия, предварительно штампованные, литые или просверленные. Зенкерование может быть как предварительной (перед развертыванием), так и окончательной обработкой. Кроме обработки отверстий, зенкеры применяются иногда для обработки торцовых поверхностей заготовок.

Для повышения точности зенкерования (особенно при обработке литых или штампованных глубоких отверстий) рекомендуется предварительно расточить (резцом) отверстие до диаметра, равного диаметру зенкера, на глубину, примерно равную половине длины рабочей части зенкера.

Зенкеры, как и сверла, устанавливают на токарных станках чаще всего в задней бабке или револьверной головке.

Развертывание

Для получения на токарных станках отверстий высокой точности и заданного качества обрабатываемой поверхности применяют развертывание.

При работе чистовыми развертками на токарных и токарно-револьверных станках применяют качающиеся оправки, которые компенсируют несовпадение оси отверстия с осью развертки. Для того чтобы обеспечить высокое качество обработки, сверление, зенкерование (или растачивание) и развертывание отверстия производят за одну установку заготовки в патроне станка.

Выбор режимов резания при обработке цилиндрических отверстий стержневыми инструментами на токарных станках производят по тем же таблицам справочника, что и при обработке на сверлильных станках. Однако, учитывая малую жесткость крепления стержневых инструментов на станках токарной группы, расчетные значения режимов на практике уменьшают.

Растачивание

Если диаметр отверстия превышает диаметр стандартных сверл или зенкеров, то такое отверстие растачивают. Растачивание применяют также при обработке отверстий с неравномерным припуском или с непрямолинейной образующей.

В зависимости от назначения различают токарные расточные резцы для обработки сквозных и глубоких отверстий. У токарных расточных стержневых резцов консольная часть выполнена круглой, а стержень для крепления резцов — квадратным; такими резцами можно растачивать отверстия диаметром 30. 65 мм. Для повышения виброустойчивости режущая кромка резцов выполнена по оси стержня.

На токарно-револьверных станках применяют расточные резцы круглого сечения, которые крепятся в специальных оправках-державках (рис. 4.30).

Форма передней поверхности и все углы у расточных резцов (за исключением заднего) принимаются такими же, как и у проходных, применяемых при наружном точении. Углы резания у расточных резцов можно изменять путем установки режущей кромки резцов относительно продольной оси детали (выше или ниже оси).

При растачивании резец находится в более тяжелых условиях, чем при наружном продольном точении, так как ухудшаются условия для отвода стружки, подвода СОЖ и отвода тепла.

Расточный резец по сравнению с токарным имеет меньшую площадь сечения державки и больший вылет, что обусловливает отжим резца и способствует возникновению вибраций; поэтому при растачивании, как правило, снимается стружка меньшего размера и снижается скорость резания.

При черновом растачивании стали принимают глубину резания до 3 мм; продольную подачу — 0,08. 0,2 мм/об; скорость резания — около 25 м/мин для резцов из быстрорежущей стали и 50. 100 м/мин для твердосплавных резцов.

При чистовом растачивании глубина резания не превышает 1 мм, продольная подача — 0,05. 0,1 мм/об, скорость резания — 40. 80 м/мин для резцов из быстрорежущей стали и 150. 200 м/мин для твердосплавных резцов.

3.11. Технология обработки цилиндрических отверстий

На токарных станках обработку отверстий производят в зависимости от вида заготовки, требуемой точности и шероховатости поверхности: сверлением, рассверливанием, зенкеро- ванием, растачиванием, развертыванием.

Отверстия делятся на сквозные (обрабатываемые на рабочий ход) и глухие (обрабатываемые на определенную глубину). По форме они бывают гладкие, ступенчатые, с канавками (рис. 3.31). Отверстия, длина которых превышает 5 диаметров, называют глубокими.

Выбор способа обработки отверстия зависит от того, для каких целей оно предназначено. Конструктор на чертеже указывает точность обработки и шероховатость поверхности сообразно служебному назначению деталей с отверстием.

Рис. 3.31. Формы цилиндрических отверстий; а — сквозные гладкие; 6 — сквозные ступенчатые; в — сквозные с канавкой; г — глухие гладкие; д — глухие ступенчатые

В таблице 3.2. указана точность обработки и шероховатость поверхности, получаемые при обработке отверстий различными способами.

Таблица 3.2. Точность и шероховатость поверхности, получаемой при обработке отверстий различными способами

Шероховатость поверхности Ка, мкм

Точность обработки, квалитеты

Сверление — основной технологический способ образования отверстий в сплошном материале обрабатываемой заготовки.

Для обработки отверстий сверлением применяются спиральные, пушечные, ружейные сверла. Сверлением можно получить отверстия точностью 11-12-го квалитета и шероховатость Яа 12,5. 25 мкм. Рассверливанием увеличивают диаметр ранее просверленного отверстия и при определенных условиях повышают его точность примерно на 1 квалитет.

В качестве режущих инструментов для сверления и рассверливания применяют преимущественно спиральные сверла.

Спиральное сверло (рис. 3.32) представляет собой двузубый режущий инструмент, состоящий из рабочей части, шейки и хвостовика. Рабочая часть включает режущую и направляющую части.

На рабочей части сверла выполнены две стружечные канавки, винтовая форма которых облегчает выход стружки из отверстия. С этой же целью на направляющей части предусмотрена небольшая обратная конусность (0,03. 0,12 мм на каждые 100 мм длины). Для увеличения прочности сверла глубина стружечных канавок постепенно уменьшается по направлению к хвостовику.

Режущая часть имеет две режущие кромки, которые в центре соединяются перемычкой (поперечной кромкой). Передняя поверхность зубьев является частью винтовой поверхности стружечной канавки, а задняя — поверхностью конуса, образующегося при заточке сверла.

Рис. 3.32. Элементы и геометрия спирального сверла

Хвостовики выполняют коническими (для сверл диаметром 6. 80 мм) по размерам стандартных конусов Морзе или цилиндрическими — для сверл малых диаметров до 20 мм. Конический хвостовик заканчивается лапкой. Лапка предназначена для выбивания сверла из гнезда шпинделя станка или переходной втулки, а шейка — для выхода шлифовального круга при шлифовании хвостовика и рабочей части.

Сверла изготавливаются из быстрорежущей стали Р6М5, а также оснащаются твердым сплавом ВК8. Сверла, оснащенные твердым сплавом, предусмотрены для сверления чугуна и труднообрабатываемых сталей.

Для создания благоприятных условий резания зубьям сверла придается форма клина, которая определяется главными углами: передним, углом заострения и задним. Передний угол в связи с винтовой формой стружечной канавки имеет наибольшее значение (20-30°). Заднему углу заточки по задним поверхностям придается также переменное значение для компенсации его уменьшения в работе: от 10-15° у периферии до 20-25° около оси.

Существенное влияние на сопротивление резанию оказывает угол при вершине сверла. С уменьшением этого угла общее сопротивление резанию возрастает, а усилие подачи, действующей вдоль оси сверла, уменьшается (табл. 3.3). Для сверл общего назначения угол при вершине выполняется в пределах 116-118°.

Таблица 3.3. Значение угла 2 — диаметр сверла, мм; ?/-диаметр отверстия в заготовке, мм.

Элементы режимов резания при сверлении нижеследующие. Глубиной резания I при сверлении является половина диаметра сверла:

Подача Б при сверлении и рассверливании соответствует осевому перемещению сверла за один оборот заготовки и выражается в миллиметрах на оборот.

Скорость резания г, м/мин, при сверлении зависит от диаметра сверла ?> и частоты вращения заготовки п, мин 1 :

Значения подачи и скорости резания принимаются по справочнику в зависимости от конкретных условий сверления.

Частота вращения шпинделя п, мин -1 , определяется по формуле

Подача сверла на токарных станках чаще всего осуществляется вручную. При работе с механической подачей для отверстий диаметром от 5 до 30 мм в стальных заготовках ее можно выбирать в пределах 0,1. 0,4 мм/об.

Скорость резания для быстрорежущих сверл при обработке отверстий в стальных и чугунных заготовках выбирают в пределах 20. 40 м/мин, для сверл, оснащенных пластинками твердого сплава, ее можно увеличить в 2-3 раза. Для сверл меньшего диаметра принимают большее значение скорости резания.

Глубокие отверстия обрабатываются пушечными и ружейными сверлами. Характерная особенность их конструкции — наличие одного зуба и большой направляющей поверхности.

При глубоком сверлении сверлом обычной конструкции неизбежен «увод» сверла в сторону из-за разности радиальных усилий на режущих кромках, что может привести к «разбивке» отверстия (увеличению диаметра), хотя ось отверстия остается прямолинейной. С целью предотвращения «увода» для сверления глубоких отверстий применяют специальные однокромочные (так называемые пушечные) сверла с прямой стружечной канавкой и четырехленточные сверла.

• 1. Каковы особенности геометрии спирального сверла?
• 2. Каковы приемы сверления на токарном станке?
• 3. Какие сверла применяют для глубокого сверления?