Токарная обработка: определение, типы и основные операции

Что такое токарная обработка?

Токарная обработка (точение) — процесс резания, при котором режущий инструмент (обычно неповоротный резец) описывает спиралевидную траекторию, перемещаясь более или менее линейно, пока заготовка вращается.

Термин «точение» обычно применяется к получению внешних поверхностей этим действием, тогда как то же самое режущее действие, применяемое к внутренним поверхностям, называется «растачиванием».

Таким образом, фраза «точение и растачивание» объединяет более широкую группу процессов, известных как токарная обработка. Обработка торцов заготовки (токарным или растачивающим инструментом) называется «обточкой» и может относиться к любой категории как подмножество.

Точение можно выполнять вручную на обычном токарном станке (требует постоянного контроля оператора) или на автоматическом токарном станке. Сегодня наиболее распространенным типом автоматизации является ЧПУ (CNC).

При точении заготовка (дерево, металл, пластик, камень) вращается, а режущий инструмент движется по 1, 2 или 3 осям для создания точных диаметров и глубин. Точение может быть внешним (по цилиндру) или внутренним (растачивание) для получения трубчатых компонентов разной геометрии.

Хотя сегодня редко, ранние токарные станки могли изготавливать сложные геометрические фигуры, даже платоновы тела; с появлением ЧПУ некомпьютеризированное управление траекторией инструмента для таких целей стало необычным.

Токарные процессы обычно выполняются на токарном станке — старейшем типе станков, который может быть различных типов: прямого точения, конического, профильного, внешней нарезки канавок.

С этим процессом можно производить заготовки различных форм: прямые, конические, криволинейные, с канавками. Обычно используется простое одноточечное резание. Для каждой группы материалов заготовки разработаны оптимальные углы инструмента.

Отходы металла при точении называются стружкой (Северная Америка) или шпунтом (Британия). В некоторых регионах — «точеной стружкой».

Процесс токарной обработки

Точение — вид механической обработки, процесса удаления материала для создания тел вращения путем отрезания лишнего материала. Требует: токарный станок, заготовку, приспособление и режущий инструмент.

Заготовка — предварительно сформированный материал, закрепленный в приспособлении, которое закреплено на станке и вращается на высокой скорости. Резец — обычно одноточечный режущий инструмент, также закрепленный в станке, хотя некоторые операции используют многоточечные инструменты.

Резец подается к вращающейся заготовке и срезает материал в виде мелких стружек для получения нужной формы.

Точение используется для производства тел вращения, обычно осесимметричных, со множеством элементов: отверстия, канавки, резьба, конусы, ступени диаметров, контурные поверхности. Детали, изготовленные полностью точением, часто включают компоненты для ограниченных серий или прототипов (специальные валы, крепежи).

Точение также часто применяется как вторичный процесс для добавления или уточнения элементов на деталях, изготовленных другими методами. Благодаря высоким допускам и качеству поверхности, идеально для добавления точных вращающихся элементов к детали, базовая форма которой уже получена.

Операции токарной обработки

Точение — самая распространенная токарная операция. При процессе режущий инструмент удаляет материал с внешнего диаметра вращающейся заготовки. Главная цель — уменьшить диаметр заготовки до требуемого размера. Существует два типа операций точения: черновое и чистовое.

Разнообразные операции выполняются на заготовке за цикл для получения нужной формы. Классифицируются как внешние (изменяют внешний диаметр) и внутренние (изменяют внутренний диаметр). Каждая операция определяется типом резьца и его траекторией.

Операции точения (внешние)

• Прямое точение. Резец движется осево вдоль боковой поверхности заготовки, удаляя материал для формирования элементов: ступеней, конусов, фасок, контуров. Обычно с малой радиальной глубиной реза и множественными проходами до достижения конечного диаметра.
• Коническое точение. Формирует цилиндрическую форму с постепенным уменьшением диаметра от одного конца к другому.
• Твердое точение (Hard Turning). Обработка материалов с твердостью по Роквеллу С выше 45. Обычно после термической обработки. Намерено заменять или ограничивать традиционное шлифование. При чисто силовом удалении материала конкурирует с черновым шлифованием. При чистовой обработке, где критичны форма и размер, шлифование превосходит.
• Обточка. Резец движется радиально вдоль торца заготовки, удаляя тонкий слой для получения гладкой плоской поверхности. Глубина торца, обычно очень мала, может быть снята за один проход или многопроходной обработкой с меньшей осевой глубиной реза.
• Отрезание. Аналогично нарезке канавки, узкий резец для отрезания движется радиально в боковую поверхность заготовки до достижения центра или внутреннего диаметра, таким образом отрезая секцию заготовки.
• Нарезка канавок. Резец движется радиально в боковую поверхность, вырезая канавку шириной, равной ширине резьца. Множественные проходы для канавок шире резьца; специальные формовые резьцы для канавок переменной геометрии.

Внутренние операции (неспецифические для точения)

• Растачивание. Инструмент осево входит в заготовку и режет по внутренней поверхности, формируя элементы: ступени, конусы, фаски, контуры. Одноточечный режущий инструмент с регулируемой головкой для заданного диаметра. Обычно после сверления для расширения диаметра или точных размеров.
• Сверление. Удаление материала изнутри заготовки. Стандартные сверла, закрепленные в хвостовике или револьвере турели. Может выполняться на отдельных сверлильных станках.
• Кnеровка. Нанесение зазубренного рисунка на поверхность детали для рукояти или декора с помощью специального кънеровочного инструмента.
• Реймерование. Операция доводки, удаляющая малое количество металла из сверленного отверстия. Для получения внутренних отверстий с очень точными диаметрами. Пример: отверстие 6 мм сверлят сверлом 5,98 мм, затем реймеруют до точного размера.
• Резьбонарезание. Одноточечный резьборез (обычно с 60-градусным конусом) движется осево вдоль боковой поверхности заготовки, вырезая резьбу на внешней поверхности. Длина и шаг резьбы задаются, может требоваться несколько проходов.
• Полигональное точение. Обработка некруглых форм без прерывания вращения заготовки.

Параметры резания

При точении скорость и движение режущего инструмента задаются несколькими параметрами. Выбираются для каждой операции на основе материала заготовки, материала инструмента, размера инструмента и др.

• Подача на оборот (Cutting feed) — расстояние, на которое резак или заготовка продвигается за один оборот шпинделя, измеряется в дюймах на оборот (IPR). В некоторых операциях резак подается к заготовке, в других — заготовка к резаку. Для многоточечного инструмента подача на оборот равна подаче на зуб (IPT), умноженной на число зубьев.
• Скорость резания (Cutting speed) — скорость поверхности заготовки относительно режущей кромки при резе, измеряется в футах в минуту (SFM).
• Скорость шпинделя (Spindle speed) — частота вращения шпинделя и заготовки в об/мин (RPM). Равна скорости резания, деленной на окружность заготовки в зоне реза. Для постоянной скорости резания скорость шпинделя должна меняться в зависимости от диаметра реза. Если скорость шпинделя постоянна, скорость резания будет варьироваться.
• Скорость подачи (Feed rate) — скорость движения резака относительно заготовки при резе, измеряется в дюймах в минуту (IPM). Произведение подачи на оборот (IPR) и скорости шпинделя (RPM).
• Осевая глубина реза (Axial depth of cut) — глубина инструмента вдоль оси заготовки при резе, как при обточке. Большая осевая глубина требует низкой скорости подачи, иначе высокая нагрузка на инструмент и снижение его ресурса. Поэтому элемент обычно обрабатывается несколькими проходами с заданной осевой глубиной на каждый.
• Радиальная глубина реза (Radial depth of cut) — глубина инструмента вдоль радиуса заготовки при резе, как при точении или растачивании. Большая радиальная глубина требует низкой скорости подачи, иначе высокая нагрузка и снижение ресурса. Элемент часто обрабатывается несколькими переходами с заданной радиальной глубиной.

Инструментарий

Различные углы, формы и размеры одноточечного режущего инструмента напрямую связаны с полученной поверхностью заготовки. Существуют разные типы углов: угол наклона (rake angle), боковой угол наклона, угол режущей кромки, угол заднего схода, радиус носа — могут различаться относительно заготовки.

Также много форм одноточечных режущих инструментов: V-образные, квадратные. Специальный держатель обычно используется для фиксации режущего инструмента во время работы.

Часто задаваемые вопросы

Что такое токарная обработка?

Токарная обработка — процесс резания, при котором режущий инструмент, обычно неповоротный резец, описывает спиралевидную траекторию, перемещаясь более или менее линейно, пока заготовка вращается.

Какой процесс токарной обработки?

Токарная обработка — форма механической обработки, процесс удаления материала для создания тел вращения путем отрезания лишнего материала. Требует токарный станок, заготовку, приспособление и режущий инструмент.