Цилиндрическое и торцевое фрезерование

По положению оси фрезы выделяют два базовых метода:

• В цилиндрическом фрезеровании ось параллельна обрабатываемой плоскости, и металл снимают периферийные зубья — так цилиндрическими фрезами обрабатывают протяженные горизонтальные плоскости. 
• В торцевом ось перпендикулярна поверхности, в работу идут торцевые и боковые кромки одновременно, что дает ровную плоскость и высокую производительность.

Торцевое фрезерование является основным для подготовки плоскостей, а большинство сложных операций — это сочетание обоих методов.

Концевое фрезерование

Концевая фреза — самый универсальный инструмент. Режущие кромки у нее есть и на торце, и на цилиндрической части, поэтому она работает и вглубь, и вбок. Концевым фрезерованием выбирают пазы, уступы и карманы, вырезают контур по сложной траектории, обрабатывают внутренние полости и колодцы. На станках с ЧПУ концевая фреза формирует трехмерные поверхности по управляющей программе. Это основной метод для деталей сложной формы и корпусных деталей.

Фасонное фрезерование

Фасонной фрезой вырезают профильную поверхность за один проход. Профиль зубьев фрезы повторяется на детали, поэтому сложную форму получают без сложной траектории движения. Так нарезают:

• зубья реек и колес
• направляющие «ласточкин хвост»
• Т-образные и угловые пазы
• галтели и канавки сложного сечения

Фасонная фреза дороже обычной, зато экономит время на серии одинаковых профилей.

Специальные виды фрезерования

Для отдельных операций применяют более специализированные методы. Среди них:

• шпоночное — нарезание шпоночных пазов на валах
• зубофрезерование — нарезание зубьев колес червячной фрезой
• резьбофрезерование — нарезание резьбы фрезой вместо метчика
• дисковое — глубокие и точные пазы дисковыми фрезами

Типы фрез

Вид фрезы определяет, что можно обработать. Основные типы:

• торцевые — плоскости и подготовка габаритов
• цилиндрические — протяженные горизонтальные плоскости
• концевые — пазы, уступы, карманы, контуры
• дисковые — пазы и прорезка
• угловые и фасонные — профильные поверхности

Фрезы изготавливают из быстрорежущей стали и твердого сплава, цельными или со сменными пластинами, насадными на оправку или концевыми с хвостовиком. Выбор фрезы определяется материалом, формой поверхности и необходимой чистотой.

Встречное и попутное фрезерование

По направлению движения зуба различают две схемы. Встречное фрезерование идет против подачи — зуб входит в металл с нулевой толщины и наращивает срез к выходу. Такой ход дает плавную нагрузку и хорошо снимает литейную корку и черновой припуск, но качество поверхности ниже, а фреза стремится оторвать деталь от стола. Попутное фрезерование идет по подаче — зуб сразу врезается на полную толщину и выходит на нуле. Поверхность получается чище, заготовку прижимает к столу, стойкость фрезы выше, поэтому попутную схему используют для чистовых проходов. Ее слабое место — чувствительность к люфту в механизме подачи, поэтому попутное фрезерование лучше выполнять на жестких станках с ЧПУ.

Станки для фрезерования

Тип станка выбирают с учетом размера и формы детали:

• Горизонтально-фрезерные удобны для пазов и небольших деталей, вертикально-фрезерные — для плоскостей, карманов и контуров
• Универсальные станки позволяют поворачивать стол и менять угол обработки. 
• Крупные и тяжелые детали обрабатывают на продольно- и портально-фрезерных станках, где портал перемещает инструмент по длинной заготовке. 
• Сложные детали в серии производят на фрезеровальных станках с ЧПУ, которые выполняют фрезеровку, сверление и нарезание резьбы за одну установку.

Заказать фрезерную обработку деталей по чертежу или образцу можно на Металлообрабатывающем заводе № 5 в Санкт-Петербурге.

Рабочая зона станка

Рабочая зона — это пространство, где закреплена заготовка и движется инструмент. Сюда входят патрон или центры с деталью, суппорт с резцом и задняя бабка. В этой зоне летит горячая стружка и разбрызгивается СОЖ, поэтому ее закрывают защитным экраном и ограждением. Организация рабочей зоны влияет и на безопасность оператора, и на удобство контроля детали по ходу обработки.

Зона резания

Зона резания — небольшой участок, где кромка резца непосредственно отделяет металл. Здесь сходятся три элемента — режущая кромка, срезаемый слой и сходящая стружка. В этой зоне сосредоточены основные силы резания и почти все выделяемое тепло. По сути это сердце процесса, и все остальное на станке обслуживает то, что происходит на этом миллиметровом участке.

Зона стружкообразования

Перед кромкой резца металл не режется как ножом, а сминается и сдвигается. Эту область называют зоной стружкообразования, или зоной опережающей деформации. Она имеет форму клина с вершиной на режущей кромке и захватывает как срезаемый слой, так и часть металла ниже будущей поверхности. Именно здесь решается, какой выйдет стружка и насколько чистой останется обработанная поверхность.

Зоны деформации металла

Деформация в зоне резания идет неравномерно, поэтому выделяют несколько участков:

• первичную зону — основную плоскость сдвига, где срезаемый слой переходит в стружку
• вторичную зону — у передней поверхности резца, где стружка трется и тормозится
• зону у задней поверхности — где обработанная поверхность контактирует с резцом

В первичной зоне металл сдвигается по условной плоскости под углом сдвига, и чем больше этот угол, тем тоньше и легче сходит стружка. Во вторичной зоне из-за сильного трения металл налипает на резец и образует нарост, который портит поверхность и меняет размер детали.

Угол сдвига и усадка стружки

Положение плоскости сдвига определяет, насколько сильно деформируется металл. Если стружка сходит тяжело, она получается короче и толще снятого слоя — это усадка стружки. По коэффициенту усадки оценивают пластическую деформацию — у хрупкого чугуна он близок к единице, у пластичных сплавов доходит до нескольких раз. Чем меньше усадка, тем экономичнее режим и чище поверхность, поэтому к снижению деформации стремятся подбором геометрии резца и скорости.

Поверхности заготовки в зоне обработки

В зоне обработки на самой заготовке различают три поверхности:

• Обрабатываемая — исходная, с которой еще снимают металл
• Обработанная — чистая, оставшаяся за резцом
• Поверхность резания — переходная, которую формирует кромка в текущий момент.

Тепло и износ инструмента

Деформация металла и трение стружки выделяют тепло, и почти все оно остается в зоне резания. Перегрев размягчает кромку и ускоряет износ — на передней поверхности резца появляется лунка, на задней стирается фаска. Чтобы снять тепло и трение, в зону подают смазочно-охлаждающую жидкость, она же смывает стружку. Правильное охлаждение и верный режим продлевают стойкость инструмента в несколько раз.

Заказать токарную обработку деталей можно на Металлообрабатывающем заводе № 5 в Санкт-Петербурге.

Какие детали изготавливают токарной обработкой

Точением получают широкий круг деталей вращения:

• валы, оси, штоки, пальцы
• втулки, кольца, обоймы, гильзы
• фланцы, диски, шкивы, маховики
• гайки, штуцеры, переходники, муфты
• ходовые винты и резьбовые детали

Объединяет их форма — все они получаются вращением профиля вокруг оси, и именно эту форму дает токарный станок.

Какие задачи решает точение

У метода сразу несколько назначений:

• формирует наружные и внутренние поверхности в точный размер
• готовит посадочные места для подшипников и сопрягаемых деталей
• нарезает резьбу
• протачивает канавки и фаски

Но главное, ради чего применяют точение, — это точность и взаимозаменяемость. Деталь, выточенная по чертежу, встанет в узел без подгонки и заменит изношенную без переделки всей сборки.

Качество поверхности

Назначение точения не сводится к форме, важна и точность. Черновая обработка снимает припуск грубо, а чистовая выводит размер в допуск и определяет чистоту поверхности. Для большинства деталей хватает точности IT7–IT9 и шероховатости Ra 1,6–3,2. Если требования выше, добавляют тонкое точение или шлифование и получают Ra ниже 0,8. От этих параметров напрямую зависит, как деталь сядет в посадку с натягом или зазором и сколько прослужит весь узел.

Токарная обработка в производстве

Литье, ковка и штамповка дают только грубую заготовку с припуском и коркой. Точение доводит такую заготовку до готовой детали — убирает корку, формирует точные поверхности, нарезает резьбу. Поэтому токарная обработка стоит в конце производственной цепочки и отвечает за окончательную форму и размеры. Часто ее совмещают с фрезеровкой, сверлением и шлифованием в одном технологическом маршруте, чтобы получить готовую деталь за минимум установок.

Где применяют токарную обработку

В машиностроении и станкостроении точат валы редукторов, шпиндели, ходовые винты, оправки. В гидравлике и насосном оборудовании — штоки и плунжеры цилиндров, рабочие колеса, втулки уплотнений. В грузоподъемной технике — оси, пальцы, барабаны, ступицы. Свои детали вращения есть у судостроения, нефтегаза, энергетики, транспорта и приборостроения, и почти везде они проходят через токарный станок.

Ремонт и восстановление

Отдельное и важное назначение точения — ремонт. Изношенные шейки валов перетачивают в ремонтный размер, изготавливают новые втулки увеличенного диаметра, восстанавливают оси и пальцы шарнирных соединений. Так дорогой узел возвращают в работу без полной замены. Для предприятий это часто дешевле и быстрее, чем заказывать оригинальную деталь у изготовителя оборудования и ждать поставку.

Токарная обработка в импортозамещении

Точением изготавливают детали по образцу, когда оригинал снят с производства или недоступен. Изношенную деталь обмеряют, восстанавливают чертеж и вытачивают аналог из подходящего материала. Так заменяют импортные комплектующие и поддерживают работу станков и линий, не останавливая производство из-за одной детали.

Заказать изготовление и ремонт деталей вращения можно на Металлообрабатывающем заводе № 5 в Санкт-Петербурге.

Особенности точения

Любая токарная операция складывается из двух движений. Главное — это вращение заготовки, оно создает скорость резания и отвечает за съем металла. Подача — это перемещение резца относительно детали, оно определяет, какой слой и в каком направлении снимется. Продольная подача дает цилиндр, поперечная — торец, а их сочетание формирует конус и фасонный профиль. Согласованность этих движений и превращает пруток в готовый вал, втулку или фланец.

Резец как режущий клин

Резец снимает металл за счет формы клина. Режущая кромка вдавливается в заготовку, передняя поверхность давит на срезаемый слой и отделяет его. Работу клина задают углы заточки:

• Передний угол облегчает сход стружки и снижает усилие резания. 
• Задний угол убирает трение резца о деталь. 
• Угол заострения между ними отвечает за прочность кромки.

Чем тверже металл, тем массивнее должен быть клин, иначе кромка выкрашивается, поэтому форму резца подбирают с учетом материала заготовки.

Как образуется стружка

Срезаемый слой не просто отрезается, а сминается и сдвигается. Перед кромкой металл пластически деформируется и сходит по передней поверхности резца стружкой. Стружка получается короче и толще снятого слоя — это явление называют усадкой, и по нему судят о величине деформации. На мягких металлах стружка сливная и тянется лентой, на твердых дробится на элементы, на хрупких откалывается кусками. Чем меньше деформация, тем легче идет резание и чище выходит поверхность.

Нарост на режущей кромке

На средних скоростях резания на кромке налипает слой сильно деформированного металла — нарост. Иногда он временно защищает кромку, но чаще портит поверхность и меняет фактический размер детали. Нарост убирают сменой скорости резания и подачей СОЖ. Понимание этого явления объясняет, почему чистовые проходы ведут на повышенной скорости, где нарост не образуется.

Поверхности заготовки

В ходе резания на заготовке различают три поверхности:

• обрабатываемую — с нее еще предстоит снять металл
• обработанную — готовую, оставшуюся за резцом
• поверхность резания — переходную, по которой идет кромка

Режимы резания

Результат точения определяют три параметра:

• Скорость резания показывает, насколько быстро вращается заготовка относительно резца
• Подача — это перемещение резца за один оборот
• Глубина резания — толщина слоя, снимаемого за проход

На черновых проходах выставляют большую глубину и подачу ради производительности, на чистовых — малую подачу и высокую скорость ради чистоты. Все три величины подбирают с учетом материала, жесткости детали и стойкости инструмента, и от их сочетания зависит и качество, и износ резца.

Охлаждение в процессе токарной обработки

Деформация металла и трение стружки выделяют тепло, которое концентрируется в зоне резания. Перегрев размягчает кромку резца и ускоряет ее износ, а тонкую деталь может повести от нагрева. Чтобы снять тепло и трение, в зону подают смазочно-охлаждающую жидкость. Она же смывает стружку и улучшает чистоту поверхности, поэтому на ответственных режимах охлаждение обязательно.

Инструмент для токарной обработки металла

Кроме резцов в токарной обработке применяются сверла, зенкеры, развертки, метчики и плашки для отверстий и резьбы. Заготовку удерживают патроном, центрами, планшайбой и люнетами. Оснастку подбирают с учетом формы и длины детали, и от нее зависит, насколько точно деталь базируется относительно оси вращения.

Заказать токарную обработку деталей в Санкт-Петербурге можно на Металлообрабатывающем заводе № 5 — по чертежу, эскизу или образцу.

Основные виды токарных работ

На токарном станке выполняют:

• наружное точение цилиндров, конусов и фасонных поверхностей
• растачивание отверстий и внутренних полостей
• подрезку торцов и уступов
• прорезку канавок и отрезку заготовки
• нарезание наружной и внутренней резьбы
• сверление, зенкерование и развертывание осевых отверстий
• накатывание рифлений

Наружное точение

Базовая операция, с которой начинается почти любая деталь вращения. Проходной резец снимает металл с наружной поверхности и формирует цилиндр, конус или фасонный профиль. Сначала идет черновой проход с большой глубиной резания, он убирает основной припуск. Затем чистовой — на малой подаче и высокой скорости, он выводит диаметр в размер и оставляет гладкую поверхность. Наружным точением обрабатывают валы, оси, штоки, штифты, выдерживая диаметр, прямолинейность и соосность по всей длине. На чистовых режимах достижима точность IT7–IT8 и шероховатость Ra 1,6, а с доводкой — и выше.

Растачивание

Решает обратную задачу и обрабатывает внутренние поверхности — отверстия, сквозные полости, посадочные гнезда. Расточной резец входит в готовое отверстие и увеличивает его до точного диаметра. В отличие от сверления, растачивание исправляет увод оси, обеспечивая соосность с наружными поверхностями, поэтому именно так готовят шейки для подшипников и втулок. Глубокие и длинные отверстия растачивают специальными борштангами с подачей СОЖ прямо в зону резания.

Подрезка торцов

Торцу детали придают плоскостность строго перпендикулярно оси вращения. Подрезной резец движется от края к центру или наоборот и снимает тонкий слой металла. Подрезку делают дважды — в начале обработки ради чистой базовой плоскости и в конце, когда формируют торцы фланцев, дисков, маховиков и плит. От качества торца зависит, как деталь ляжет в сборку и насколько ровно сядет на сопрягаемую поверхность.

Прорезка канавок и отрезка

Узкими канавочными резцами вытачивают проточки для стопорных колец, для выхода резьбы и шлифовального круга, разгрузочные канавки. Отрезным резцом отделяют готовую деталь от прутка. Обе операции ведут на малой подаче, потому что тонкий резец легко сломать, а в глубокой канавке затруднен отвод стружки и подача охлаждения. В данной процедуре максимально важна точность канавки по ширине и глубине, иначе стопорное кольцо не сядет на место.

Нарезание резьбы

На токарном станке нарезают наружную и внутреннюю резьбу:

• метрическую
• дюймовую
• трапецеидальную
• упорную

Резьбовой резец перемещается согласованно с вращением заготовки и за несколько проходов прорезает винтовую канавку нужного шага и профиля. Резьбу небольших диаметров режут также метчиками и плашками. Резьба, нарезанная на станке, выходит чище и точнее по шагу, чем вручную, и лучше держит расчетную нагрузку.

Сверление и обработка отверстий

По оси заготовки сверлят отверстия инструментом, закрепленным в задней бабке. Затем отверстие доводят — зенкером убирают неровности и снимают фаску, разверткой выводят точный диаметр и чистоту. В результате получается отверстие под точную посадку без перестановки детали на сверлильный станок, а значит, без потери соосности.

Накатывание

Рифление на рукоятках, маховичках и захватных поверхностях формируют накатным роликом. Металл в данном случае не срезается, а выдавливается в нужный рисунок. Накатка бывает прямой, косой и сетчатой.

Резцы для токарных работ

Для каждой операции свой резец. Основные типы:

• проходные — для наружного точения
• расточные — для внутренних поверхностей
• отрезные и канавочные — для проточек и отрезки
• резьбовые — для нарезания резьбы
• фасонные — для сложного профиля за один проход

Режущая часть резца должна быть тверже металла заготовки, поэтому в основном ее делают из быстрорежущей стали или твердого сплава. Цельные резцы применяют реже, чаще — со сменными твердосплавными пластинами, которые быстро меняются по мере износа без переточки.

Черновая и чистовая обработка

По точности точение делят на виды:

• Черновое снимает основной припуск на большой глубине и подаче, оставляя грубую поверхность. 
• Получистовое выравнивает деталь и оставляет небольшой припуск под финиш.
• Чистовое выводит окончательный размер на малой подаче и высокой скорости.

Для ответственных деталей добавляют тонкое алмазное точение или последующее шлифование, когда нужны шероховатость ниже Ra 0,8 и точность IT6. Разделение на ступени экономит инструмент и время, потому что грубую и точную работу выполняют на разных режимах.

Виды стружки

По стружке судят о правильности режима и о поведении материала:

• Сливная стружка сходит непрерывной лентой с мягких пластичных сталей на высокой скорости. 
• Элементная, или стружка скалывания, дробится на отдельные куски на твердых и маловязких металлах. 
• Стружка надлома откалывается с хрупких материалов вроде чугуна и бронзы. 
• Длинная сливная стружка опасна для оператора и забивает зону резания, поэтому ее дробят стружколомами на пластине резца.

На каких станках точат детали

Станок выбирают с учетом размеров и формы детали. Токарно-винторезные станки универсальные, на них изготавливают большинство валов и втулок. Карусельные обрабатывают тяжелые заготовки большого диаметра на вертикальной планшайбе. Лоботокарные подходят для коротких деталей крупного диаметра. Револьверные ускоряют серию за счет быстрой смены инструмента. Станки с ЧПУ выполняют точные и сложнопрофильные детали, повторяя форму деталей в партии без участия токаря.

Типичные дефекты и контроль

Брак на точении возникает от затупленного резца, неверного режима или слабого крепления. Чаще встречаются:

• овальность и конусность вместо ровного цилиндра
• завышенная шероховатость поверхности
• отклонение диаметра от чертежа
• бочкообразность от прогиба длинной детали

Для контроля соответствия детали чертежу ее размеры проверяют штангенциркулем, микрометром, нутромером и калибрами, а биение — индикатором на стойке. Контроль выполняют по ходу обработки.

Заказать токарную обработку деталей по чертежу или образцу можно на Металлообрабатывающем заводе № 5 в Санкт-Петербурге.