Токарные работы по металлу: виды и особенности станков

Сущность токарных работ по металлу

Токарная обработка – один из наиболее часто применяемых способов металлообработки. Требуемая форма изделия получается при срезании с заготовок излишков материала. Готовые детали, помимо заданной конфигурации, обладают нужными линейными размерами и гладкой поверхностью. Для осуществления подобных работ используются металлорежущие станки, которые называют токарными.

Этим способом производят детали, представляющие собой тела вращения. Токарную обработку применяют при выпуске валов, шестерен, шкивов, втулок, муфт, винтов и т. п.

Токарные работы по металлу позволяют обрабатывать цилиндрические, конические, фасонные, торцевые поверхности, уступы. На токарных станках вытачивают канавки, отрезают ненужные части заготовок, сверлят отверстия, нарезают резьбу, производят расточку, зенкерование и накатывание.

Все эти работы выполняют специальными режущими инструментами: резцами, сверлами, зенкерами, развертками, метчиками, плашками, резьбонарезными головками, фрезами и т. д.

В основе токарной обработки лежит расклинивание, а рабочие части всех разновидностей режущего инструмента выполнены в форме клина.

Прилагаемое усилие заставляет резец врезаться в металл заготовки, в то время как передней поверхностью он сжимает лежащие впереди слои, преодолевая силу сцепления, скрепляющую частицы, и снимая стружку. Толщину срезаемого материала принято называть припуском.

Технология токарных работ по металлу подразумевает использование специального оборудования и режущих инструментов. При помощи резцов, сверл, фрез и прочих разновидностей рабочей части станка с заготовок удаляется слой материала заданной толщины.

Совмещение этих действий в различных комбинациях позволяет получать изделия самой разной формы. Посредством таких операций возможно:

• нарезание резьбы разного типа;
• сверление отверстий, их растачивание, развертывание, зенкерование;
• отрезание частей заготовок;
• формирование на поверхности деталей канавок различного профиля.

Широкий набор функций токарных станков позволяет производить множество различных изделий. Возможности оборудования делают возможным изготовление:

• гаек;
• валов разной формы;
• втулок;
• шкивов;
• колец;
• муфт;
• шестерен.

Токарные работы по металлу на заказ подразумевают производство готовых изделий, соответствующих заданным параметрам. Геометрия, линейные размеры, качество обработки поверхностей – все эти показатели требуют постоянного контроля.

Особенности процесса

Последовательность обработки заготовок на токарных станках:

1. Шпиндель начинает вращать зафиксированную в нем деталь.
2. К заготовке подводится резец. Форма и конструкция режущих инструментов могут быть разными. Рабочая часть изготавливается из инструментальных марок стали или оснащается сменными пластинами из твердых сплавов.
3. Для точения суппорт с закрепленным в нем резцом создает усилие, направленное перпендикулярно оси вращения детали. Сила трения в сочетании с разной твердостью материала режущей кромки и заготовки позволяет снимать с обрабатываемой заготовки слой металла.
4. В процессе токарной обработки движение рабочего инструмента происходит в продольном или поперечном направлении либо могут сочетаться оба вида подачи.

Технология токарной обработки металла

При токарной обработке режущая кромка подаваемого рабочего инструмента врезается в обрабатываемый материал, вследствие чего происходит снятие его слоя и формирование металлической стружки.

Различают следующие основные виды стружки:

1. Ступенчатая. Образуется в ходе токарной обработки со средней скоростью сплавов алюминия и стали средней твердости.
2. Стружка надлома. Получается в ходе токарной обработки малопластичных сплавов.
3. Элементная. Возникает в ходе токарной обработки твердых материалов с низкой вязкостью.
4. Слитая. Ее образование характерно при токарной обработке металлов и сплавов высокой вязкости и малой твердости (мягких марок стали, свинца, олова, меди и ряда полимерных материалов).

Режущий инструмент для токарных работ

Качество обработки металлических заготовок на токарном оборудовании зависит от ряда факторов, таких как глубина резания, а также скорость главного движения и подачи.

Для обеспечения эффективной работы станка требуются:

• достаточно высокая скорость главного движения;
• надежная фиксация режущего инструмента и достаточное усилие, с которым он воздействует на заготовку;
• толщина снимаемого за один проход слоя;
• исправность, работоспособность и устойчивое положение всех деталей оборудования и рабочего инструмента.

В зависимости от параметров обрабатываемой заготовки и химико-физических свойств металла, а также вида и характеристик режущего инструмента устанавливается скоростной режим обработки.

Классификация режущих инструментов для токарной обработки, в основе которой лежат форма и расположение режущей кромки:

• оттянутые резцы, у которых рабочая часть уже державки;
• прямые резцы – ось державки совпадает с осью рабочей части или параллельна ей;
• отогнутые – у таких резцов ось державки расположена к оси рабочей головки под углом, заметным при взгляде сверху.

По назначению режущие инструменты могут быть:

• подрезными (для обработки поверхностей, перпендикулярных оси главного движения);
• проходными (для отделки торцевых плоскостей);
• канавочными (для проточки канавок);
• фасонными (для формирования изделий определенного профиля);
• расточными (для расточки отверстий);
• резьбовыми (для нарезки резьбы);
• отрезными (для обрезки заготовок на заданную длину).

При выборе резцов для той или иной операции руководствуются определенными критериями и правилами:

• наружную токарную обработку металлических заготовок производят прямыми или отогнутыми резцами;
• для обработки торцевых или цилиндрических поверхностей пользуются упорным проходным инструментом;
• отрезными резцами протачивают канавки и обрезают обрабатываемые детали;
• ранее просверленные отверстия обрабатывают расточными резцами.

Отдельная разновидность режущих инструментов применяется для токарной обработки фасонных поверхностей, длина образующей линии которых составляет не более 40 мм.

Виды токарных станков по металлу

Автоматизированные токарные станки с электрическим приводом, подобные современным моделям, начали применяться в США в конце XIX века. На основании прототипов, использовавшихся для обработки металлических заготовок в период промышленной революции, в дальнейшем были разработаны разновидности токарных станков, позволяющих производить обработку крупногабаритных изделий, выпускать детали крупными сериями, сочетать токарные работы с фрезеровкой и т. д.

Конструктивно станки для разных видов токарной обработки могут иметь существенные отличия друг от друга, однако ни один из них не обходится без:

• станины – основания, на котором монтируют все остальные узлы;
• передней бабки – узла, в который встраивают шпиндель и коробку передач, передающую вращение на суппорт посредством ходового винта или вала;
• фартука – устройства, служащего для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное;
• суппорта – узла, состоящего из каретки, которая обеспечивает параллельное или перпендикулярное оси вращения заготовки движение режущего инструмента;
• задней бабки – подвижного элемента, фиксирующего центр вращающейся заготовки.

Токарно-винторезный станок

Благодаря тому, что задняя бабка такого станка имеет ход, он может оборудоваться патроном для сверл. На таком оборудовании можно как вытачивать изделия различной конфигурации, формировать углубления и канавки, обрезать и выравнивать заготовки, так и сверлить отверстия или нарезать резьбу (внутреннюю – при помощи метчиков или внешнюю – плашками или специальными резцами).

Оборудование этого типа широко применяется в таких областях современной промышленности, как производство инструментов, часовых механизмов и приборостроение.

Оснасткой для токарно-винторезных станков служат специальные виды резцов, сверл, метчиков, плашек и разверток по металлу.

Выбор станка следует производить с учетом:

• максимального диаметра обрабатываемых заготовок, зависящего от расстояния между станиной и осью вращения;
• предельной длины обрабатываемых заготовок;
• массы оборудования, от которой напрямую зависит его устойчивость, а значит, и точность обработки деталей.

Токарно-фрезерный станок

Оборудование такого типа совмещает в себе возможности токарного и фрезерного станков, что позволяет обрабатывать заготовки стали, цветных металлов, древесины и пластических масс. При помощи токарно-фрезерных установок выполняют не только токарную обработку, но и нарезают резьбу, снимают фаски, выбирают галтели, вырезают пазы разных конфигураций, сверлят отверстия и т. д.

Дополнительные возможности такому оборудованию обеспечивает наличие второго шпинделя, которым оснащена вертикальная фрезерная часть. Эти станки широко применяются в производстве инструментов, часовых механизмов, деталей станков, измерительных приборов и т. п. Токарно-фрезерные устройства находят применение как в промышленности и небольших домашних мастерских, так и в учебных заведениях.

Плюсы токарно-фрезерных станков:

• Экономическая эффективность – стоимость токарных работ по металлу посредством таких комбинированных устройств ниже стоимости последовательной обработки на токарном и фрезерном станках.
• Компактность. Такое оборудование, сочетающее в себе преимущества сразу двух станков, не требует для установки большого пространства в мастерской.
• На таких станках (в зависимости от задачи) можно использовать широкий ассортимент резцов, сверл, плашек, метчиков, разверток, фрез по металлу и стамесок для обработки дерева.

Другие типы оборудования

Помимо токарных станков, перечисленных выше, существуют установки, использование которых в силу сложности, дороговизны и внушительных размеров, возможно только в условиях крупносерийного промышленного производства таких деталей, как втулки, изделия со сложным профилем, коленчатые валы и ряд других сложных изделий:

• Токарно-карусельные станки позволяют обрабатывать крупногабаритные заготовки, диаметр которых превышает 2 м.
• Токарно-револьверные станки используют для массового производства деталей повторяющейся конфигурации. Установка набора необходимых режущих головок в одном барабане позволяет максимально быстро переходить от одной операции к другой, что существенно повышает производительность при сохранении точности обработки.
• Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) и обрабатывающие центры позволяют максимально автоматизировать производство с привлечением только операторов и отладчиков. Ручной труд в таком процессе может понадобиться главным образом на этапе выгрузки готовых изделий.

Важно! Существует оборудование, которое одновременно позволяет производить различные виды токарных работ как по металлу, так и по дереву. Для небольших мастерских подобные станки – оптимальное решение. Для работы с древесиной нужно просто установить заготовку и привести в рабочее положение упор для стамесок.