Раздел 4: Точение — освоение токарных операций

ЦЕЛИ

После изучения этого раздела вы сможете:

• Описать черновое и чистовое точение
• Описать точение плеча
• Описать обточку
• Объяснить наладку под центровое/центровочное сверло
• Объяснить наладку под расточку
• Объяснить наладку под завальцовку
• Правильно настроить заготовку для отрезания/канавки
• Определить расчёт конуса
• Правильно установить заготовку в четырёхкамерный патрон

Заготовку на токарном станке обрабатывают по двум причинам: вырезать к размеру и получить истинный диаметр. Работа, требующая постоянного диаметра на всей длине — операция параллельного точения. Многие факторы определяют снимаемый слой. Диаметр доводят до размера двумя резами: черновиком и чистовиком.

Для одинакового диаметра на обоих концах центры станка должны быть соосны.

Установка точной глубины реза

Процедура:

1. Установите верхнюю несущую под 30°.
2. Закрепите черновой или чистовой резец. При подаче каретки к головке используйте праворукий резец для точения.
3. Переместите головку резеца на левый конец верхней несущей, выставите резец по высоте центра.
4. Установите на станке правильные скорость и подачу для диаметра и материала.
5. Включите станок, снимите лёгкий рез ~0,005″ глубиной и ~0,250″ длиной у правого конца заготовки.
6. Остановите станок, не двигайте рукоятку поперечной подачи.
7. Переместите реzec к концу заготовки (вправо) рукояткой каретки.
8. Измерьте заготовку и рассчитайте снимаемый слой.
9. Поверните градуированный барабан на половину снимаемого слоя. Пример: снимать 0,060″ → барабан на 0,030″, так как рез снимается с окружности.
10. Помните: на каждую 0,001″ глубины реза диаметр уменьшается на 0,002″.

Черновое точение

Цель — снять максимум металла за минимальное время. Точность и чистота неважны. Рекомендуется макс. глубина 0,030″ и подача 0,020–0,030 дюйма/об. Черновик доводят до ~0,030″ от чистового размера за минимум проходов.

Процедура:

1. Установите правильные скорость и подачу для материала и размера.
2. Настройте коробку быстрых смен подач на 0,010–0,030 дюйма/об (зависит от глубины и состояния станка). Пример: 0,010.
3. Головку резеца на левый конец верхней несущей, резец на высоту центра.
4. Надёжно зажмите головку — чтобы не сместилась при резании.
5. Сделайте пробный лёгкий рез у правого конца (~0,250″ длиной).
6. Измерьте заготовку, выставьте резец на нужную глубину.
7. Прорежьте ~0,250″, остановитесь, проверьте диаметр. Должен быть ~0,030″ больше чистового.
8. При необходимости скорректируйте глубину.

Чистовое точение

Чистовик после черновика даёт чистую поверхность и точный размер. На чистоту влияют: состояние режущего края, жёсткость станка и заготовки, скорость и подача.

Процедура:

1. Проверьте режущий край на отсутствие замятин, обожжений. Хорошая практика — подточить край перед чистовиком.
2. Установите рекомендуемые скорость и подачу. Подача зависит от требуемой чистоты.
3. Сделайте лёгкий пробной рез ~0,250″ у правого конца для получения истинного диаметра, выставьте реzec на диаметр и барабан на нужный диаметр.
4. Остановите станок, измерьте диаметр.
5. Выставьте глубину реза = половина снимаемого слоя.
6. Прорежьте 0,250″, остановитесь, проверьте диаметр.
7. При необходимости скорректируйте и доточите до размера. Для максимально истинного диаметра доводите чистовиком до размера. Если нужна шлифовка/полировка — не оставляйте более 0,002–0,003″.

Точение к плечу (переходу диаметра)

При точении нескольких диаметров на одной заготовке переход называется плечом.

Три основных типа плеча:

1. Квадратный (прямой)
2. С скруглением (фаска/радиус)
3. Угловой/конический

Процедура:

1. С заготовкой в станке отметьте положение плеча от чистового торца. Для скруглённого плеча оставьте запас длины для формирования радиуса.
2. Установите вершину резеца на эту отметку и нарежьте небольшую канавку по окружности — метку длины.
3. Токарным резцом черновик и чистовик доведите заготовку до ~0,063″ от требуемой длины.
4. Установите обточной резец. Помельте мелком малый диаметр, подведите резец до сноса мела.
5. Зафиксируйте показание градуированного барабана поперечной подачи.
6. Обточите плечо квадратно до линии ручной подачей.
7. Для последующих резов возвращайте поперечную подачу на то же показание барабана.

Для скруглённого плеча используют резец с нужным радиусом. Угловые/фасочные кромки получают установкой режущего края под нужным углом или поворотом верхней несущей.

Обточка (Facing)

Заготовки обычно режут чуть длиннее и обточят до точной длины. Обточка — обработка торца заготовки перпендикулярно её оси. Для плоского квадратного торца станок должен быть выверен.

Цели обточки:

• Получить истинную плоскую поверхность, перпендикулярную оси заготовки
• Обеспечить точную базу для замеров
• Отрезать заготовку до требуемой длины

Процедура:

1. Головку резеца на левый конец верхней несущей, праворукий обточной резец на высоту цента. Верхнюю несущую можно выставить под 30° для точной обточки.
2. Закрепите заготовку в патроне. При необходимости используйте линейный центр в тыльстоке или линейку для выверки.
3. Установите обточной резец.
4. Позиционируйте резец чуть в стороне от детали.
5. Выставьте резец с углами 15–20° влево. Вершина ближе к заготовке, зазор по боку.
6. Установите правильные скорость и подачу для диаметра и материала.
7. Перед пуском прокрутите шпиндель вручную — проверьте отсутствие интерференций.
8. Включите станок, подведите резец максимально близко к центру.
9. Рукояткой каретки сдвиньте каретку влево до начала лёгкого реза.
10. Подайте реzec к центру рукояткой поперечной подачи. Если используется силовая поперечная подача — зафиксируйте каретку.
11. Повторяйте п. 6–8 до нужной длины.
12. После обточки на заготовке остаётся острый край — снимите его напильником.

Центровка заготовки (Spotting)

Центровочный резец делает мелкое V-образное углубление в центре заготовки — ориентир для сверла. Центровку можно сделать быстро и довольно точно центровым сверлом. Для экстремальной точности используют специальный центровочный резец (spotting tool).

Процедура:

1. Закрепите заготовку истинно в патроне.
2. Установите патрон сверла в тыльсток.
3. Убедитесь, что хвостовик патрона надёжно зафиксирован в тыльстоке.
4. Переместите и зафиксируйте тыльсток в нужном положении.
5. Перед пуском прокрутите шпиндель вручную — проверьте интерференции.
6. Установите скорость для материала под центровку/центровое сверление.
7. Начните отверстие центровым сверлом. 8. Сделайте центровку центровым или центровочным резцом.

Сверление

Процедура:

1. Установите патрон сверла в тыльсток.
2. Закрепите заготовку истинно в патроне.
3. Проверьте центр тыльстока — он должен быть на линии.
4. Убедитесь, что хвостовик патрона зафиксирован в тыльстоке.
5. Переместите и зафиксируйте тыльсток в нужном положении.
6. Перед пуском прокрутите шпиндель вручную — проверьте интерференции.
7. Начните отверстие центровым или центровочным резцом.
8. При центровке всегда используйте ОСЖ.
9. Центровое сверло режет хуже обычного — мелкие канавки для жёсткости.
10. Сверлите сквозь весь конус, создавая воронку для ввода сверла.
11. Установите сверло в шпиндель тыльстока (в патрон или держатель).
12. Установите скорость для материала.
13. Включите станок, сверлите до глубины по чертежу с ОСЖ.
14. Глубину измеряйте по шкале шпинделя тыльстока или линейкой.
15. Используйте поэтапное сверление (peck drilling) для удаления стружки и контроля глубины.
16. За проход снимайте не более 1–2 диаметров сверла, затем отводите, чистите стружку, подавайте ОСЖ.
17. Если сверло пищит — добавьте ОСЖ.
18. Для извлечения патрона из тыльстока отверните его на ~1/4 оборота больше, чем легко идёт.
19. Штифтом вытолкните патрон из колетника.

Расточка (Boring)

Расточка — операция увеличения и доводки отверстий до точных размеров. Выправление отверстия снятием материала с внутренних поверхностей одноосевым резцом. Специальные диаметры, под которые нет сверл, получают расточкой.

Расточка использует одноосевой резец для расширения отверстия. Обеспечивает более точные и концентричные отверстия, чем сверление.

Так как реzec выходит за пределы станка на расточном штанге, поддержка хуже — возможна вибрация (читер). Чем глубже расточка, тем сильнее читер. Коррекция:

1. Уменьшите скорость шпинделя.
2. Увеличьте подачу.
3. Усилите подачу ОСЖ.
4. Укоротите вылет расточного штанга.
5. Заточите меньший радиус на носе резеца.

Процедура:

1. Закрепите заготовку в патроне.
2. Обточите, сделайте центровку и просверлите отверстие.
3. Проверьте, есть ли у расточного штанга зазор.
   • Если отверстие слишком мало для штанга — стружка зажамется и сдвинет штанг с центра.
4. Убедитесь, что только вершина резеца касает внутреннюю поверхность заготовки.
5. Если угол не даёт достаточного заднего угла — замените резец на более острый.
6. Позиционируйте штанг так, чтобы вершина резеца совпадала с осевой линией заготовки.
7. Резец, не на оси заготовки, будет царапать поверхность даже при достаточном заднем угле.
8. Выбирайте штанг максимального диаметра, вылет за держатель — минимум, чтобы прочистить глубину расточки.
9. Закрепите держатель и штанг с резцом на левой стороне головки резеца, вращая заготовку.
10. Выставьте расточной резец на центр.
    • Примечание: В зависимости от жёсткости установки резец может прогибаться вниз под давлением. Установка чуть выше центра компенсирует прогиб — в процессе реzec будет точно на центре.
11. Установите правильные скорость резания и подачу. а. Примечание: для подачи выбирайте среднюю.
12. Смажьте отверстие перед пуском.
13. Включите станок, введите реzec в просверленное отверстие.
14. Медленно подведите расточной резец до касания внутреннего диаметра.
15. Снимите лёгкий рез (~0,003″) длиной ~0,375″.
16. Остановите станок, измерьте диаметр отверстия телескопическим измерителем или внутримирометром.
17. Определите снимаемый слой. Оставьте ~0,020″ на чистовик.
18. Включите станок, снимите черновой рез.
19. Подавайте штанг в заготовку, снимая ~0,020″ за проход.
20. На нужной глубине выведите штанг.
21. Повторяйте п. 19–20 до достижения нужного внутреннего диаметра.
22. После черновика остановите станок, выведите реzec, не двигая рукоятку поперечной подачи.
23. Выставьте глубину чистового реза и расточите до размера. Для хорошей чистоты — мелкая подача.
24. На последнем проходе остановитесь на глубине и верните резец к центру — это обточит дно отверстия.
25. Выведите штанг, остановите станок.

Завальцовка (Knurling)

1. Завальцовка — рельеф на поверхности заготовки, создаваемый двумя закалёнными валиками.
2. Обычно два узора: ромбовый или прямой.
3. Распространённые шаги: мелкий, средний, крупный.
4. Ромбовый узор образуют правый и левый спиралеобразные валики в самовыравнивающейся головке.
5. Применяют для улучшения внешнего вида и создания надёжного хвата на рукоятках, рычагах.
6. Прямой узор (два прямых валика) — для увеличения размера детали под посадочное налегание в лёгких узлах.
7. Три типа держателей: шарнирный (knuckle-joint), вращающаяся головка (revolving head), седловой (straddle holder).
8. Лучше всего работает на заготовках, зажатых между центрами.
9. Вальцы не режут, а смещают металл высоким давлением.
10. Смазка важнее охлаждения — подходит резьбовое или смазочное масло.
11. Низкие скорости (как для нарезания резьбы) и подача ~0,010–0,020 дюйма/об.
12. Вальцы должны быть по центру заготовки по вертикали и держатель — перпендикулярно заготовке.
13. Начинают в мягком металле на половину глубины, проверяют узор.
14. На тонких заготовках может потребоваться несколько проходов — инструмент отталкивает заготовку.
15. Между проходами чистят вальцы металлической щёткой.

Процедура:

1. Установите завальцовочный инструмент в держатель и выставите точно на ось шпинделя.
2. Позиционируйте и зафиксируйте инструмент под 90° к поверхности завальцовки.
3. Рукояткой каретки вручную найдите зону завальцовки на заготовке.
4. Поверните головку завальцовки на нужный набор вальцов.
5. Установите вальцы у правого края заготовки так, чтобы половина вальца контактировала с краем.
6. Подайте ОСЖ на заготовку.
7. Вращайте шпиндель ~100 об/мин, рукояткой поперечной подачи введите инструмент ~0,030″ или до чистого выката узора.
8. Включите силовую продольную подачу к головке с подачей 0,010–0,020 дюйма/об.
9. Подавайте масло по необходимости, чистите завальцованную зону жёсткой щёткой от стружки.
10. Когда вальцы доходят до конца зоны, реверс подачи каретки и введите вальцы ещё на 0,005–0,010″.
11. Продолжайте завальцовку туда-сюда до появления чёткого ромба.

Отрезание и нарезание канавок на токарном станке

Назначение: иногда нужно отрезать кусок от конца заготовки или нарезать канавку.

Канавка (рецесс, андеркат, нек) часто делается в конце резьбы для прохода гайки до плеча или у основания плеча для правильного стыковки. Три типа: квадратная, кругловатая, U-образная. Кругловатые — там, где есть напряжение, квадратный угол привёл бы к растрескиванию.

Нарезание канавки

Процедура:

1. Выберите резец под требуемый размер и форму канавки.
2. Отметьте положение канавки.
3. Установите скорость = половина скорости для точения.
4. Закрепите заготовку в станке.
5. Выставьте резец на высоту центра.
6. Медленно вводите реzec в заготовку рукояткой поперечной подачи.
7. Обильно подавайте ОСЖ в зону реза — чтобы резец не заклинивал в канавке. При читере — снизьте скорость.
8. Остановите станок, проверьте глубину канавки.
9. Повторяйте п. 6–7 до нужной глубины.

Отрезание (Parting)

Отрезные резцы (parting tools) используются для отрезки заготовки. Три типа: прямой держатель, лево- и правосмещённый с вставным лезвием — самые распространённые.

Две частые проблемы: читер и «захлебывание» (hugging in). Читер — когда резец не зажат достаточно жёстко, любое люфты в резеце, держателе или станке делают отрезание трудным, неровным, часто невозможным. Захлебывание — реzec врывается в заготовку, перескакивает через режущий край. Обычно ломает резец или портит заготовку. Причина — резец выставлен слишком высоко или низко.

• Отрезные резцы уже, но глубже точных. Создают узкие канавки и отрезают части заготовки.
• Держатель должен едва не задеть заготовку при установленном резеце.
• Резец должен быть перпендикулярен оси вращения.
• Вершина резеца на высоте центра заготовки. Прижатие резеца к торцу детали помогает.
• Выставьте высоту, прижмите к торцу, зафиксируйте. Помните про ОСЖ, особенно на глубоких резах.

Процедура:

1. Закрепите заготовку в патроне с отрезаемой частью максимально близко к патрону.
2. Установите отрезной резец на левой стороне верхней несущей, режущий край на высоте центра.
3. Держатель максимально близко к головке резеца — чтобы исключить вибрацию и читер.
4. Выставьте вылет резеца из держателя = чуть больше половины диаметра заготовки. RPM ≈ ⅔ скорости для точения.
5. Отметьте место среза.
6. Позиционируйте реzec.
7. Включите станок, медленно вводите отрезной реzec в заготовку вручную. Держите рукоятку поперечной подачи двумя руками для равномерной подачи. Обильно ОСЖ.
8. Когда остаток ~¼″, хорошо немного сдвинуть реzec вбок — расширит канавку и предотвратит заклинивание.
9. Чтобы избежать читера, держите резец в резе и постоянно подавайте ОСЖ. Подавайте медленно, когда деталь почти отрезана.
10. Доводите резец до центра заготовки. В конце заготовка держится тонкой перемычкой.
11. Отрезанный торец обычно грубый, с металлическим ушком (см. рисунок ниже).
12. Финальный шаг: зажать отрезанную деталь в патроне и сделать обточку для очистки торца. Проблема: губы патрона могут повредить чистовую поверхность. На рисунке 20 виден отпечаток губ. Чтобы избежать — оберните заготовку тонкой полоской эмери или подобным материалом перед зажимом.

Выверка центров токарного станка

Для получения параллельного диаметра при обработке между центрами важно, чтобы два центра были на одной линии и вращались истинно относительно оси станка. Если центры не выверены — заготовку будет точить конически.

Три метода выверки центров:

1. По рискам на задней части тыльстока — только визуально, неточно.
2. Метод пробного реза: снимают лёгкий рез с каждого конца и измеряют диаметры микрометром.
3. Выверка часыми индикатором.

Метод 1. Выверка центров регулировкой тыльстока

Процедура:

1. Ослабьте зажимную гайку или рычаг тыльстока.
2. Ослабьте один регулировочный винт (слева или справа — в зависимости от направления смещения). Затяните другой до совпадения рисок на верхней и нижней половинах тыльстока.
3. Затяните ослабленный регулировочный винт, зафиксировав обе половины.
4. Закрепите зажимную гайку или рычаг.

Метод 2. Выверка центров методом пробного реза

Процедура:

1. Снимите лёгкий рез ~0,010″ до истинного диаметра на участке А (у тыльстока) длиной 0,250″.
2. Остановите подачу, запомните показание барабана поперечной подачи.
3. Переместите реzec к головке.
4. Подведите реzec к тому же показанию барабана, что и на участке А.
5. Верните реzec на то же показание барабана (участок А).
6. Снимите рез 0,250″ на участке Б и остановите станок.
7. Измерьте оба диаметра микрометром.
8. Если диаметры отличаются — сместите тыльсток к резцу или от него на половину разницы показаний.
9. Сделайте ещё лёгкие резы на А и Б, измерьте, при необходимости скорректируйте тыльсток.

Метод 3. Выверка центров часыми индикатором

Процедура:

1. Очистите центры станка и заготовки, установите индикатор.
2. Зажмите пробную штангу между центрами, зафиксируйте зажим шпинделя тыльстока.
3. Закрепите индикатор на головке резеца или каретке. Шток индикатора параллельно станине, кончик на высоте центра.
4. Поперечной несущей выставьте индикатор на ~0,025″ у конца тыльстока.
5. Ручно подвиньте каретку, чтобы индикатор замерял у головки, зафиксируйте показание.
6. Если показания разные — регулировочным винтом тыльстока добейтесь одинаковых показаний на обоих концах.

Расчёт конуса (Taper Calculations)

Для расчёта конуса на фут (tpf — taper per foot) нужны: длина конической части, большой и малый диаметры.

Формула:

Tpf = ((D − d) / длина конуса) × 12

Пример:
Tpf = ((1,25 − 1) / 3) × 12 = (0,25 / 3) × 12 = 1 дюйм на фут.

Расчёт смещения тыльстока (Tailstock Offset Calculations)

Для расчёта смещения тыльстока нужны: конус на фут (tpf) и общая длина заготовки.

Формула:

Смещение тыльстока = (tpf × общая длина заготовки) / 24

Пример:

1. Найдём tpf:
   tpf = ((1,125 − 1) × 12) / 3 = (0,125 × 12) / 3 = 0,50 дюйма.
2. Смещение тыльстока:
   Смещение = (0,5 × 6) / 24 = 3 / 24 = 0,125 дюйма.

В случаях, когда не нужно знать tpf, можно использовать упрощённую формулу:

Смещение тыльстока = (OL / TL) × ((D − d) / 2)

• OL = общая длина заготовки
• TL = длина конической части
• D = большой диаметр
• d = малый диаметр

Пример:
Смещение = (6 / 3) × ((1,125 − 1) / 2) = 0,125

Токарное конусообразование (Taper Turning)

Использование верхней несущей для коротких или крутых конусов. Резец подают вручную рукояткой подачи верхней несущей.

Выточка конуса верхней несущей

Процедура:

1. По чертежу определите требуемый угол конуса в градусах.
2. Ослабьте зажимные винты верхней несущей.
3. Разверните верхнюю несущую на нужный угол (см. первый рисунок).
4. Затяните зажимные винты.
5. Выставьте реzec на центр и подавайте режущий инструмент винтом верхней несущей.
6. Проверьте конус на размер и посадку.

Выверка заготовки в четырёхкамерном патроне

1. Часовой или индикаторный измеритель обязателен, когда обработанный диаметр должен быть выровнен в пределах тысячных долей дюйма.
2. Процедура:
3. Установите заготовку в четырёхкамерный патрон и приблизительно выверьте мелом или шпоночным измерителем (surface gauge).

4. Установите индикатор в головке резеца.

5. Выставьте шток индикатора горизонтально, кончик на высоте центра.

6. Прижмите кончик к диаметру заготовки так, чтобы индикатор показывал ~0,020″, и вращайте шпиндель вручную.
7. При вращении фиксируйте макс. и мин. показания.
8. Немного ослабьте камеру у мин. показания и затяните камеру у макс. до смещения заготовки на половину разницы показаний.

9. Продолжайте регулировать только эти две противоположные камеры до одинаковых показаний на обеих. Игнорируйте показания на заготовке между этими камерами.
10. Аналогично отрегулируйте вторую пару противоположных камер до одинаковых показаний в любой точке окружности.

11. Равномерно затяните все камеры для надёжного зажима.
12. Вращайте шпиндель вручную и перепроверьте показания индикатора.

ТЕСТ ПО РАЗДЕЛУ

1. Под каким углом устанавливается верхняя несущая?
2. Объясните разницу между черновым и чистовым точением.
3. При обточке вершина резеца должна быть выше или на высоте оси шпинделя?
4. Каковы цели обточки?
5. Зачем делают центровку заготовки?
6. Каково назначение расточки?
7. Назовите три типа отрезных резец.
8. Назовите три метода выверки центров.
9. Рассчитайте смещение для конуса: D=2, d=1, OL=6, TL=3. Формула: Offset = (OL × (D−d)) / (2 × TL)
10. Опишите процедуру выточки конуса.