Toczenie wykorzystuje tokarkę do usuwania materiału z zewnątrz obracającego się przedmiotu obrabianego, podczas gdy wytaczanie usuwa materiał z wnętrza obracającego się przedmiotu obrabianego.#baza
Toczenie to proces usuwania materiału z zewnętrznej średnicy obracającego się przedmiotu obrabianego za pomocą tokarki.Frezy jednopunktowe wycinają metal z przedmiotu obrabianego na (idealnie) krótkie, ostre wióry, które można łatwo usunąć.
Tokarka CNC ze stałą kontrolą prędkości skrawania pozwala operatorowi wybrać prędkość skrawania, a następnie maszyna automatycznie dostosowuje prędkość obrotową, gdy narzędzie tnące przechodzi przez różne średnice wzdłuż zewnętrznego konturu przedmiotu obrabianego.Nowoczesne tokarki są również dostępne w konfiguracjach z pojedynczą i podwójną głowicą rewolwerową: pojedyncza głowica rewolwerowa ma oś poziomą i pionową, a podwójna głowica rewolwerowa ma parę osi poziomej i pionowej na każdą głowicę.
Wczesne narzędzia tokarskie były solidnymi prostokątnymi elementami wykonanymi ze stali szybkotnącej z narożnikami natarcia i prześwitu na jednym końcu.Kiedy narzędzie stępi się, ślusarz ostrzy je na szlifierce w celu wielokrotnego użycia.Narzędzia HSS są nadal powszechne w starszych tokarkach, ale narzędzia z węglików spiekanych stały się bardziej popularne, szczególnie w formie lutowanej jednoostrzowej.Węglik ma lepszą odporność na zużycie i twardość, co zwiększa produktywność i trwałość narzędzia, ale jest droższy i wymaga doświadczenia przy ponownym szlifowaniu.
Toczenie jest połączeniem ruchu liniowego (narzędzie) i obrotowego (przedmiot obrabiany).Dlatego prędkość skrawania definiuje się jako odległość obrotową (zapisaną jako sfm – stopa powierzchni na minutę – lub smm – metr kwadratowy na minutę – ruch punktu na powierzchni części w ciągu jednej minuty).Szybkość posuwu (wyrażona w calach lub milimetrach na obrót) to odległość liniowa, jaką narzędzie pokonuje wzdłuż lub w poprzek powierzchni przedmiotu obrabianego.Posuw jest czasami wyrażany jako odległość liniowa (w/min lub mm/min), którą narzędzie pokonuje w ciągu jednej minuty.
Wymagania dotyczące szybkości podawania różnią się w zależności od celu operacji.Na przykład podczas obróbki zgrubnej duże posuwy są często lepsze w celu maksymalizacji wydajności usuwania metalu, ale wymagana jest wysoka sztywność części i moc maszyny.Jednocześnie toczenie wykańczające może zmniejszyć prędkość posuwu, aby osiągnąć chropowatość powierzchni określoną na rysunku części.
Skuteczność narzędzia skrawającego zależy w dużej mierze od kąta narzędzia względem przedmiotu obrabianego.Terminy zdefiniowane w tej sekcji mają zastosowanie do płytek skrawających i szczelinowych, a także do lutowanych narzędzi jednoostrzowych.
Górny kąt natarcia (znany również jako tylny kąt natarcia) to kąt utworzony pomiędzy kątem płytki a linią prostopadłą do przedmiotu obrabianego, patrząc z boku, przodu i tyłu narzędzia.Górny kąt natarcia jest dodatni, gdy górny kąt natarcia jest nachylony w dół od punktu skrawania do trzpienia;neutralny, gdy linia na górze wkładki jest równoległa do wierzchołka trzonu;i neutralny, gdy jest odchylony od punktu cięcia.jest on wyższy niż uchwyt narzędzia, górny kąt natarcia jest ujemny..Ostrza i uchwyty są również podzielone na kąty dodatnie i ujemne.Dodatnie nachylone płytki mają ścięte boki i pasują do oprawek z dodatnim i bocznym kątem natarcia.Płytki ujemne są kwadratowe w stosunku do górnej części ostrza i pasują do rękojeści z ujemnym górnym i bocznym kątem natarcia.Górny kąt natarcia jest wyjątkowy, ponieważ zależy od geometrii płytki: dodatnio szlifowane lub formowane łamacze wiórów mogą zmienić efektywny górny kąt natarcia z ujemnego na dodatni.Górne kąty natarcia są również zwykle większe w przypadku bardziej miękkich, bardziej plastycznych materiałów przedmiotu obrabianego, które wymagają dużych dodatnich kątów ścinania, podczas gdy twardsze i sztywniejsze materiały najlepiej ciąć z geometrią neutralną lub ujemną.
Boczny kąt natarcia utworzony pomiędzy czołową powierzchnią ostrza a linią prostopadłą do przedmiotu obrabianego, patrząc od strony czołowej.Kąty te są dodatnie, gdy są odchylone od krawędzi tnącej, neutralne, gdy są prostopadłe do krawędzi tnącej i ujemne, gdy są skierowane do góry.Możliwa grubość narzędzia uzależniona jest od bocznego kąta natarcia, mniejsze kąty pozwalają na zastosowanie grubszych narzędzi, które zwiększają wytrzymałość, lecz wymagają większych sił skrawania.Większe kąty powodują powstawanie cieńszych wiórów i mniejsze wymagania dotyczące siły skrawania, ale powyżej maksymalnego zalecanego kąta krawędź skrawająca słabnie i zmniejsza się przenoszenie ciepła.
Końcowy skos tnący powstaje pomiędzy krawędzią tnącą ostrza na końcu narzędzia a linią prostopadłą do tylnej części rękojeści.Kąt ten określa odstęp pomiędzy narzędziem tnącym a wykończoną powierzchnią przedmiotu obrabianego.
Podcięcie końcowe znajduje się poniżej końcowej krawędzi skrawającej i jest utworzone pomiędzy powierzchnią czołową płytki a linią prostopadłą do podstawy trzpienia.Zwis końcówki umożliwia wykonanie kąta przyłożenia (utworzonego przez koniec trzonu i linię prostopadłą do nasady trzonu) większego niż kąt przyłożenia.
Kąt przyłożenia bocznego opisuje kąt pod boczną krawędzią skrawającą.Tworzą go boki ostrza i linia prostopadła do nasady rękojeści.Podobnie jak w przypadku piasty końcowej, zwis sprawia, że podcięcie boczne (utworzone przez bok rączki i linię prostopadłą do podstawy rączki) jest większe od podcięcia.
Kąt przystawienia (znany również jako kąt bocznej krawędzi skrawającej lub kąt przystawienia) jest tworzony pomiędzy boczną krawędzią skrawającą płytki a bokiem oprawki.Kąt ten wprowadza narzędzie w przedmiot obrabiany, a w miarę jego zwiększania się wytwarzany jest szerszy i cieńszy wiór.Geometria i stan materiału przedmiotu obrabianego są głównymi czynnikami wpływającymi na wybór kąta przystawienia narzędzia skrawającego.Na przykład narzędzia z zaakcentowanym kątem pochylenia linii śrubowej mogą zapewnić znaczną wydajność podczas cięcia spiekanych, nieciągłych lub hartowanych powierzchni bez poważnego uderzenia w krawędź narzędzia tnącego.Operatorzy muszą zrównoważyć tę korzyść zwiększonym ugięciem części i wibracjami, ponieważ duże kąty podnoszenia wytwarzają duże siły promieniowe.Narzędzia tokarskie o zerowej podziałce zapewniają szerokość wióra równą głębokości skrawania w operacjach toczenia, natomiast narzędzia skrawające o kącie natarcia pozwalają, aby efektywna głębokość skrawania i odpowiadająca jej szerokość wióra przekraczała rzeczywistą głębokość skrawania przedmiotu obrabianego.Większość operacji toczenia można skutecznie wykonać przy zakresie kąta natarcia od 10 do 30 stopni (system metryczny odwraca kąt z 90 stopni na przeciwny, co daje idealny zakres kąta natarcia od 80 do 60 stopni).
Zarówno końcówka, jak i boki muszą mieć wystarczające podcięcie i podcięcie, aby narzędzie mogło wejść w cięcie.Jeśli nie ma szczeliny, nie utworzą się żadne wióry, ale jeśli szczelina nie będzie wystarczająca, narzędzie będzie się trzeć i wytwarzać ciepło.Narzędzia do toczenia jednopunktowego również wymagają podcięcia czołowego i bocznego, aby wejść w cięcie.
Podczas toczenia na przedmiot obrabiany działają styczne, promieniowe i osiowe siły skrawania.Największy wpływ na zużycie energii mają siły styczne;siły osiowe (posuwy) dociskają część w kierunku wzdłużnym;a siły promieniowe (głębokość skrawania) mają tendencję do odpychania przedmiotu obrabianego od oprawki narzędzia.„Siła skrawania” to suma tych trzech sił.Dla zerowego kąta elewacji są one w stosunku 4:2:1 (styczny:osiowy:promieniowy).Wraz ze wzrostem kąta przystawienia siła osiowa maleje, a promieniowa siła skrawania wzrasta.
Rodzaj chwytu, promień naroża i kształt płytki również mają duży wpływ na potencjalną maksymalną efektywną długość krawędzi skrawającej płytki tokarskiej.Niektóre kombinacje promienia płytki i oprawki mogą wymagać kompensacji wymiarowej w celu pełnego wykorzystania krawędzi skrawającej.
Jakość powierzchni w operacjach toczenia zależy od sztywności narzędzia, maszyny i przedmiotu obrabianego.Po ustaleniu sztywności można zastosować zależność pomiędzy posuwem maszyny (cale/obr. lub mm/obr.) a profilem płytki lub ostrza narzędzia, aby określić jakość powierzchni przedmiotu obrabianego.Profil nosa wyraża się promieniem: większy promień w pewnym stopniu oznacza lepsze wykończenie powierzchni, ale zbyt duży promień może powodować wibracje.W przypadku operacji obróbczych wymagających promienia mniejszego niż optymalny, może zaistnieć potrzeba zmniejszenia posuwu, aby osiągnąć pożądany rezultat.
Po osiągnięciu wymaganego poziomu mocy produktywność wzrasta wraz z głębokością skrawania, posuwem i prędkością.
Najłatwiej jest zwiększyć głębokość skrawania, ale ulepszenia są możliwe tylko przy zastosowaniu wystarczającej ilości materiału i sił.Podwojenie głębokości skrawania zwiększa produktywność bez zwiększania temperatury skrawania, wytrzymałości na rozciąganie lub siły skrawania na cal sześcienny lub centymetr (znanej również jako właściwa siła skrawania).Podwaja to wymaganą moc, ale trwałość narzędzia nie ulega zmniejszeniu, jeśli narzędzie spełnia wymagania dotyczące stycznej siły skrawania.
Zmiana szybkości posuwu jest również stosunkowo łatwa.Podwojenie szybkości posuwu podwaja grubość wióra i zwiększa (ale nie podwaja) styczne siły skrawania, temperaturę skrawania i wymaganą moc.Ta zmiana zmniejsza trwałość narzędzia, ale nie o połowę.Specyficzna siła skrawania (siła skrawania zależna od ilości usuniętego materiału) również maleje wraz ze wzrostem posuwu.Wraz ze wzrostem prędkości posuwu dodatkowa siła działająca na krawędź skrawającą może powodować powstawanie wgłębień na górnej powierzchni natarcia płytki z powodu zwiększonego ciepła i tarcia powstającego podczas skrawania.Operatorzy muszą uważnie monitorować tę zmienną, aby uniknąć katastrofalnej awarii, w której wióry staną się mocniejsze niż ostrze.
Zwiększanie prędkości skrawania w porównaniu ze zmianą głębokości skrawania i szybkości posuwu jest nierozsądne.Wzrost prędkości doprowadził do znacznego wzrostu temperatury skrawania oraz zmniejszenia sił ścinających i właściwych skrawania.Podwojenie prędkości skrawania wymaga dodatkowej mocy i skraca żywotność narzędzia o ponad połowę.Rzeczywiste obciążenie górnego zgrabiarki można zmniejszyć, ale wyższe temperatury skrawania nadal powodują powstawanie kraterów.
Zużycie płytki jest częstym wskaźnikiem powodzenia lub niepowodzenia każdej operacji toczenia.Inne typowe wskaźniki obejmują niedopuszczalne wióry i problemy z przedmiotem obrabianym lub maszyną.Ogólną zasadą jest to, że operator powinien ustawić płytkę na zużycie powierzchni przyłożenia wynoszące 0,030 cala (0,77 mm).W przypadku operacji wykańczających operator musi indeksować w odległości 0,015 cala (0,38 mm) lub mniejszej.
Mechanicznie mocowane oprawki płytek wymiennych są zgodne z dziewięcioma normami systemów rozpoznawania ISO i ANSI.
Pierwsza litera w systemie oznacza sposób mocowania płótna.Dominują cztery popularne typy, ale każdy typ zawiera kilka odmian.
W przypadku płytek typu C, które nie mają centralnego otworu, stosuje się górny zacisk.System opiera się całkowicie na tarciu i najlepiej nadaje się do stosowania z płytkami dodatnimi w zastosowaniach toczenia i wytaczania o średnich i lekkich obciążeniach.
Wkładki M przytrzymują podkładkę zabezpieczającą wnękę wkładki za pomocą krzywkowego zamka, który dociska wkładkę do ścianki wnęki.Górny zacisk przytrzymuje tylną część płytki i zapobiega jej podnoszeniu, gdy obciążenie skrawaniem przykłada się do końcówki płytki.Płytki M są szczególnie odpowiednie do płytek ujemnych z otworem centralnym przy toczeniu od średnich do ciężkich.
Płytki typu S wykorzystują zwykłe śruby Torx lub Allen, ale wymagają pogłębienia lub pogłębienia.Śruby mogą się zacierać w wysokich temperaturach, dlatego ten system najlepiej nadaje się do lekkich i umiarkowanych operacji toczenia i wytaczania.
Płytki P są zgodne z normą ISO dotyczącą noży tokarskich.Wkładka dociskana jest do ścianki kieszeni za pomocą obrotowej dźwigni, która odchyla się po dokręceniu śruby regulacyjnej.Płytki te najlepiej nadają się do płytek z ujemnym nachyleniem i otworów w zastosowaniach toczenia od średniego do ciężkiego, ale nie zakłócają unoszenia płytki podczas skrawania.
W drugiej części litery wskazują kształt ostrza.W trzeciej części litery wskazują kombinacje trzpieni prostych lub przesuniętych oraz kątów linii śrubowej.
Czwarta litera wskazuje przedni kąt rękojeści lub tylny kąt ostrza.W przypadku kąta natarcia P jest dodatnim kątem natarcia, gdy suma końcowego kąta przyłożenia i kąta klina jest mniejsza niż 90 stopni;N jest ujemnym kątem natarcia, gdy suma tych kątów jest większa niż 90 stopni;O to neutralny kąt natarcia, którego suma wynosi dokładnie 90 stopni.Dokładny kąt przyłożenia jest oznaczony jedną z kilku liter.
Piąta to litera oznaczająca rękę z narzędziem.R oznacza, że jest to narzędzie praworęczne, które tnie od prawej do lewej, natomiast L odpowiada narzędziu leworęcznemu, które tnie od lewej do prawej.Narzędzia N są neutralne i mogą ciąć w dowolnym kierunku.
Części 6 i 7 opisują różnice między imperialnym i metrycznym systemem miar.W systemie imperialnym sekcje te odpowiadają dwucyfrowym liczbom oznaczającym przekrój nawiasu.W przypadku trzonków kwadratowych liczba jest sumą jednej szesnastej szerokości i wysokości (5/8 cala to przejście od „0x” do „xx”), natomiast w przypadku trzonków prostokątnych pierwsza liczba reprezentuje osiem z szerokość.ćwierć, druga cyfra oznacza jedną czwartą wzrostu.Istnieje kilka wyjątków od tego systemu, takich jak rękojeść 1¼” x 1½”, która ma oznaczenie 91. W systemie metrycznym stosuje się dwie liczby do określenia wysokości i szerokości.(w jakiej kolejności). Zatem prostokątne ostrze o wysokości 15 mm i szerokości 5 mm miałoby numer 1505.
Sekcje VIII i IX również różnią się między jednostkami imperialnymi i metrycznymi.W systemie imperialnym sekcja 8 dotyczy wymiarów płytki, a sekcja 9 dotyczy długości czoła i narzędzia.Rozmiar ostrza określa się na podstawie rozmiaru wpisanego okręgu, z dokładnością do jednej ósmej cala.Długości końcówek i narzędzi są oznaczone literami: AG dla akceptowalnych rozmiarów narzędzi tylnych i końcowych oraz MU (bez O i Q) dla akceptowalnych rozmiarów narzędzi przednich i końcowych.W systemie metrycznym część 8 odnosi się do długości narzędzia, a część 9 odnosi się do rozmiaru ostrza.Długość narzędzia oznaczona jest literami, natomiast w przypadku rozmiarów płytek prostokątnych i równoległobocznych, cyframi określa się długość najdłuższej krawędzi skrawającej w milimetrach, pomijając cyfry dziesiętne i pojedyncze poprzedzone zerami.W innych formach długości boków są podawane w milimetrach (średnica okrągłego ostrza), a także ignorują miejsca dziesiętne i poprzedzają pojedyncze cyfry zerami.
System metryczny wykorzystuje dziesiątą i ostatnią sekcję, która obejmuje pozycje dla kwalifikowanych wsporników z tolerancją ±0,08 mm dla tyłu i końca (Q), przodu i tyłu (F) oraz tyłu, przodu i końca (B).
Instrumenty jednopunktowe są dostępne w różnych stylach, rozmiarach i materiałach.Solidne frezy jednoostrzowe mogą być wykonane ze stali szybkotnącej, stali węglowej, stopu kobaltu lub węglika.Jednakże wraz z przejściem przemysłu na narzędzia tokarskie z lutowanymi końcówkami, koszt tych narzędzi sprawił, że stały się one prawie nieistotne.
Narzędzia z lutowanymi końcówkami wykorzystują korpus z niedrogiego materiału i końcówkę lub półfabrykat z droższego materiału tnącego, lutowanego do punktu cięcia.Materiały końcówek obejmują stal szybkotnącą, węglik i sześcienny azotek boru.Narzędzia te są dostępne w rozmiarach od A do G, a typy offsetowe A, B, E, F i G mogą być używane jako narzędzia skrawające prawo- lub lewostronne.W przypadku trzonków kwadratowych liczba znajdująca się po literze wskazuje wysokość lub szerokość noża w szesnastych częściach cala.W przypadku noży z chwytem kwadratowym pierwsza liczba to suma szerokości trzonu w jednej ósmej cala, a druga liczba to suma wysokości trzonu w jednej czwartej cala.
Promień końcówki narzędzi z lutowanymi końcówkami zależy od rozmiaru chwytu i operator musi upewnić się, że rozmiar narzędzia jest odpowiedni do wymagań obróbki wykańczającej.
Wytaczanie stosuje się głównie do wykańczania dużych pustych otworów w odlewach lub wykrawania otworów w odkuwkach.Większość narzędzi jest podobna do tradycyjnych narzędzi do toczenia zewnętrznego, ale kąt skrawania jest szczególnie ważny ze względu na problemy z odprowadzaniem wiórów.
Sztywność ma również kluczowe znaczenie dla nudnej wydajności.Średnica otworu i potrzeba dodatkowego luzu bezpośrednio wpływają na maksymalny rozmiar wytaczaka.Rzeczywisty wysięg stalowego wytaczaka jest czterokrotnie większy od średnicy trzpienia.Przekroczenie tego limitu może mieć wpływ na szybkość usuwania metalu z powodu utraty sztywności i zwiększonego ryzyka wystąpienia wibracji.
Średnica, moduł sprężystości materiału, długość i obciążenie belki wpływają na sztywność i ugięcie, przy czym największy wpływ ma średnica, a następnie długość.Zwiększenie średnicy pręta lub skrócenie jego długości znacznie zwiększy sztywność.
Moduł sprężystości zależy od użytego materiału i nie zmienia się w wyniku obróbki cieplnej.Stal jest najmniej stabilna przy 30 000 000 psi, metale ciężkie są stabilne przy 45 000 000 psi, a węgliki są stabilne przy 90 000 000 psi.
Jednakże wartości te są wysokie pod względem stabilności, a wytaczadła z chwytem stalowym zapewniają zadowalającą wydajność w większości zastosowań przy stosunku L/D do 4:1.Wytaczaki z chwytem z węglika wolframu sprawdzają się dobrze przy stosunku L/D 6:1.
Promieniowe i osiowe siły skrawania podczas wytaczania zależą od kąta nachylenia.Zwiększanie siły ciągu przy małym kącie podnoszenia jest szczególnie pomocne w ograniczaniu wibracji.Wraz ze wzrostem kąta przystawienia wzrasta siła promieniowa, a także siła prostopadła do kierunku skrawania, co powoduje wibracje.
Zalecany kąt podnoszenia do kontroli wibracji otworu wynosi od 0° do 15° (w jednostkach imperialnych. Kąt podnoszenia w systemie metrycznym wynosi od 90° do 75°).Gdy kąt przystawienia wynosi 15 stopni, promieniowa siła skrawania jest prawie dwukrotnie większa niż przy kącie przystawienia 0 stopni.
W przypadku większości operacji wytaczania preferowane są narzędzia skrawające o dodatnim nachyleniu, ponieważ zmniejszają one siły skrawania.Jednakże narzędzia dodatnie mają mniejszy kąt przyłożenia, dlatego operator musi mieć świadomość możliwości kontaktu narzędzia z przedmiotem obrabianym.Zapewnienie wystarczającego luzu jest szczególnie ważne podczas wytaczania otworów o małych średnicach.
Siły promieniowe i styczne podczas wytaczania zwiększają się wraz ze wzrostem promienia naroża, ale na siły te wpływa również kąt przystawienia.Głębokość skrawania podczas wytaczania może zmienić tę zależność: jeśli głębokość skrawania jest większa lub równa promieniowi naroża, kąt przystawienia określa siłę promieniową.Jeżeli głębokość skrawania jest mniejsza niż promień naroża, sama głębokość skrawania zwiększa siłę promieniową.Ten problem sprawia, że dla operatorów tym ważniejsze jest stosowanie promienia naroża mniejszego niż głębokość skrawania.
Firma Horn USA opracowała system szybkiej wymiany narzędzi, który znacznie skraca czas ustawiania i wymiany narzędzi w tokarkach typu szwajcarskiego, w tym tokarkach z wewnętrznym chłodzeniem.
Badacze UNCC wprowadzają modulację do ścieżek narzędzi.Celem było łamanie wiórów, ale wyższa wydajność usuwania metalu była interesującym efektem ubocznym.
Opcjonalne obrotowe osie frezujące w tych maszynach umożliwiają obróbkę wielu typów złożonych części w jednym ustawieniu, ale maszyny te są niezwykle trudne w programowaniu.Jednak nowoczesne oprogramowanie CAM znacznie upraszcza zadanie programowania.
Czas publikacji: 04 września 2023 r