Учебное пособие

Металлорежущие станки

4.4. Технология токарной обработки и оснастка

Токарная обработка является наиболее распространенным методом обработки резанием и применяется при изготовлении осесимметричных деталей типа тел вращения (валов, дисков, осей, пальцев, цапф, фланцев, колец, втулок, гаек, муфт и др.)- Основные виды токарных работ показаны на рис. 4.6.

Рис. 4.6. Основные виды токарных работ (стрелками показаны направления перемещения инструмента и вращения заготовки):
а — обработка наружных цилиндрических поверхностей; б — обработка наружных конических поверхностей; в — обработка торцов и уступов; г — вытачивание пазов и канавок, отрезка заготовки; д — обработка внутренних цилиндрических и конических поверхностей; е — сверление, зенкерование и развертывание отверстий; ж — нарезание наружной резьбы; з — нарезание внутренней резьбы; и — обработка фасонных поверхностей; к — накатывание рифлений

В машиностроении большинство деталей получает окончательные формы и габаритные размеры в результате механической обработки заготовки резанием, которое осуществляется путем последовательного удаления режущим инструментом с поверхности заготовки тонких слоев материала в виде стружки. Схема работы резца, его элементы и геометрия, а также режимы резания при точении и других видах токарной обработки приведены в гл. 2.

Режущий инструмент

При работе на токарных станках применяют различные режущие инструменты: резцы, сверла, зенкеры, развертки, метчики, плашки, резьбонарезные головки, фасонный инструмент и др.

Токарные резцы являются наиболее распространенным инструментом и применяются для обработки плоскостей, цилиндрических и фасонных поверхностей, нарезания резьбы и т.д. (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Токарные резцы для различных видов обработки:
а — наружное обтачивание проходным отогнутым резцом; б — наружное обтачивание прямым проходным резцом; в — обтачивание с подрезанием уступа под прямым углом; г — прорезание канавки; д — обтачивание радиусной галтели; е — растачивание отверстия; ж и з — нарезание резьбы наружной и внутренней соответственно

Сверление является одним из распространенных методов обработки на токарных станках и осуществляется для предварительной обработки отверстий. Предварительно обработать резанием отверстие в сплошном материале можно только с помощью сверла. В зависимости от конструкции и назначения различают сверла: спиральные, перовые, для глубокого сверления, центровочные, эжекторные и др. Наибольшее распространение при токарной обработке получили спиральные сверла. Конструкция и геометрия сверл, а также других инструментов для обработки отверстий и резьб рассмотрены в гл. 2 и 6.

Перемещение режущего инструмента во время токарной обработки и его крепление на токарно-винторезном станке обеспечивают несколько узлов (сборочных единиц). Ниже приведено краткое описание работы некоторых из них.

Суппорт (рис. 4.8) состоит из нижних салазок (продольного суппорта) 1, которые перемещаются по направляющим станины с помощью рукоятки 75 и обеспечивают перемещение резца вдоль заготовки. На нижних салазках по направляющим 12 перемещаются поперечные салазки (поперечный суппорт) 3, которые обеспечивают перемещение резца перпендикулярно к оси вращения заготовки. По направляющим 5 поворотной плиты 4 перемещаются (с помощью рукоятки 13) верхние салазки 11, которые вместе с плитой 4 могут поворачиваться в горизонтальной плоскости относительно поперечных салазок 3 и обеспечивать перемещение резца под углом к оси вращения заготовки. Резцедержатель (он же — четырехпозиционная резцовая головка) крепится к верхним салазкам 11 с помощью рукоятки 9 и позволяет вводить резец в работу с минимальной затратой времени.

Рис. 4.8. Суппорт:
1 — нижние салазки (продольного суппорта); 2 — ходовой винт; 3 — поперечные салазки суппорта; 4 — поворотная плита; 5 — направляющие; 6 — резцедержатель; 7 — поворотная головка резцедержателя: 8 — винт для крепления резцов; 9 — рукоятка поворота резцедержателя; 10 — гайка; 11 — верхние салазки (продольного суппорта); 12 — направляющие; 13 и 14— рукоятки; 15 — рукоятка продольного перемещения суппорта

Устройство резцедержателя показано на рис. 4.9. В центрирующей расточке верхних салазок 5 установлена коническая оправка 3 с резьбовым концом. На конусе оправки установлена четырехсторонняя резцовая головка 6. При вращении рукоятки 4 головка 2 перемещается вниз по резьбе конической оправки 5. Шайба 7 и упорный подшипник обеспечивают жесткую посадку резцовой головки 6 на конической поверхности оправки 3. Головка 2 крепится к резцовой головке 6 винтами 7. Резцовая головка удерживается от поворота при закреплении шариком, который заклинивается между поверхностями, образованными пазом в основании конической оправки 3 и отверстием в резцовой головке 6.

Рис. 4.9. Резцедержатель:
1 — шайба; 2 — головка; 3 — коническая оправка; 4 — рукоятка; 5 — верхние салазки; 6 — четырехсторонняя резцовая головка; 7 — винт

Задняя бабка токарно-винторезного станка предназначена главным образом для поддержания длинных заготовок во время обработки. Она используется также для закрепления инструментов, предназначенных для обработки отверстий (сверл, зенкеров, разверток) и для нарезания резьбы (метчиков, плашек, резьбонарезных головок).

Устройство задней бабки показано на рис. 4.10. В корпусе 1 (при вращении винта 5 маховиком 7) перемещается пиноль 4, закрепляемая рукояткой 3. В пиноли устанавливают центр 2 с коническим хвостовиком (или инструмент). Заднюю бабку перемещают по направляющим станка вручную или с помощью продольного суппорта. В рабочем неподвижном положении заднюю бабку фиксируют рукояткой 6, которая соединена с тягой 8 и рычагом 9. Силу прижима рычага 9 тягой 8 к станине регулируют гайкой 11 и винтом 12. Более жесткое крепление задней бабки производят с помощью гайки 13 и винта 14, который прижимает к станине рычаг 10.

Рис. 4.10. Задняя бабка:
1 - корпус; 2 — центр; 3, 6 — рукоятки; 4 — пиноль; 5, 12 и 14 — винты; 7 - маховик; 8 — тяга; 9, 10— рычаги; 11, 13 — гайки

На токарно-винторезных станках, предназначенных для обработки заготовок деталей сложной конфигурации в серийном производстве, закрепление различных инструментов производят в многопозиционной поворотной револьверной головке. При поворотах (индексировании) револьверной головки последовательно вводят в действие заранее настроенные на размер инструменты.

В зависимости от назначения приспособления для токарных станков можно разделить на три группы:

• приспособления для закрепления обрабатываемых заготовок;
• вспомогательный инструмент для закрепления режущего инструмента;
• приспособления, расширяющие технологические возможности станков, т.е. позволяющие производить не свойственные этим станкам работы (фрезерование, одновременное сверление нескольких отверстий и т.д.).

Приспособления для закрепления заготовок

Для крепления заготовок на токарных станках применяют двух-, трех- и четырехкулачковые патроны с ручным и механизированным приводом зажима.

Наиболее широко распространен трехкулачковый самоцентрирующий патрон (рис. 4.11). Кулачки 1, 2 и 3 патрона перемещаются одновременно с помощью диска 4. На одной стороне этого диска выполнены пазы (имеющие форму архимедовой спирали), в которых расположены нижние выступы кулачков, а на другой — нарезано коническое зубчатое колесо, сопряженное с тремя коническими зубчатыми колесами 5. При повороте ключом одного из колес 5 диск 4 (благодаря зубчатому зацеплению) также поворачивается и посредством спирали перемещает одновременно и равномерно все три кулачка по пазам корпуса 6 патрона. В зависимости от направления вращения диска кулачки приближаются к центру патрона или удаляются от него, зажимая или освобождая деталь. Кулачки обычно изготовляют трехступенчатыми и для повышения износостойкости закаливают.

Рис. 4.11. Трехкулачковый самоцентрирующий патрон:
1, 2 и 3 — кулачки; 4 — диск; 5 - зубчатое колесо; 6 — корпус патрона

Различают кулачки крепления заготовок по внутренней и наружной поверхностям; при креплении по внутренней поверхности заготовка должна иметь отверстие, в котором могут разместиться кулачки.

В трехкулачковых самоцентрирующих патронах закрепляют заготовки круглой и шестигранной формы или круглые прутки большого диаметра.

В двухкулачковых самоцентрирующих патронах закрепляют различные фасонные отливки и поковки; кулачки таких патронов, как правило, предназначены для закрепления только одной детали.

В четырехкулачковых самоцентрирующих патронах закрепляют прутки квадратного сечения, а в патронах с индивидуальной регулировкой кулачков — детали прямоугольной или несимметричной формы.

В зависимости от формы и размеров обрабатываемых деталей применяют различные центры (рис. 4.12). Угол при вершине рабочей части центра (рис. 4.12, а) обычно равен 60°. Конические поверхности рабочей 1 и хвостовой 2 частей центра не должны иметь забоин, так как это приводит к погрешностям при обработке заготовок. Диаметр опорной части 3 меньше малого диаметра конуса хвостовой части, что позволяет выбивать центр из гнезда без повреждения конической поверхности хвостовой части.

Рис. 4.12. Типы центров:
а — упорный; б — обратный; в — полуцентр упорный; г — со сферической рабочей частью; д — с рифленой поверхностью рабочего конуса; е — с твердосплавным наконечником; 1 — рабочая часть; 2 — хвостовая часть; 3 — опорная часть

При обработке с большими скоростями резания и нагрузками применяют задние вращающиеся центры (рис. 4.13). В хвостовой части 4 центра на опорах качения 2, 3 и 5 смонтирована ось, на конце которой выполнена рабочая часть 1 центра, что обеспечивает ее вращение вместе с обрабатываемой заготовкой.

Рис. 4.13. Вращающийся центр:
1 — рабочая часть; 2, 3 и 5 — опоры качения; 4 — хвостовая часть

Хомутики (рис. 4.14) служат для передачи вращения от шпинделя к обрабатываемой заготовке, установленной в центрах станка. Хомутик надевают на заготовку и закрепляют винтом 1 (рис. 4.14, а), при этом хвостовик 2 хомутика упирается в палец поводкового патрона.

Рис. 4.14. Токарные хомутики:
а — обычный: 7 — винт; 2 — хвостовик; б — самозатягивающий: 7 — упор; 2 — хвостовик; 3 — пружина; 4 — ось; 5 — призма

При обработке заготовки в центрах передачу движения ей может осуществлять поводковый патрон через палец-поводок и хомутик, который крепится на детали винтом. Для сокращения вспомогательного времени при черновой обработке в центрах валов диаметром 15...90 мм применяют самозажимные поводковые патроны.

Цанговые патроны применяют главным образом для закрепления холоднотянутого прутка или для повторного зажима заготовок по предварительно обработанной поверхности.

Мембранные патроны применяют в том случае, когда необходимо обработать партию заготовок с высокой точностью центрирования.

Способ установки и закрепления заготовок на станке выбирают в зависимости от их размеров, жесткости и требуемой точности обработки. При соотношении 1/D < 4 (где l — длина обрабатываемой заготовки, мм; D — диаметр заготовки, мм) заготовки закрепляют в патроне, при 4 < l/D < 10 — в центрах или в патроне с поджимом задним центром (рис. 4.15), при l/D > 10 — в центрах или в патроне и центре задней бабки и с поддержкой люнетом (рис. 4.16).

Рис. 4.15. Установка заготовок в патроне с поджимом задним центром:
1 — заготовка; 2 и 3 — резцы

Рис. 4.16. Люнеты:
а - подвижный; б — неподвижный: 1 — верхняя (откидная) часть; 2 — винты; 3 — болты; 4 — кулачки или ролики; 5 — планка; 6 — болт с гайкой

Самой распространенной является установка обрабатываемой заготовки в центрах станка.

Заготовку обрабатывают в центрах в случае необходимости обеспечения концентричности обрабатываемых поверхностей при переустановке заготовки на станке, если последующую обработку выполняют на шлифовальном станке тоже в центрах и если это предусмотрено технологией обработки.

Заготовки с отверстием устанавливают в центрах с помощью токарных оправок (рис. 4.17).

Рис. 4.17. Токарные оправки:
а — оправка с малой конусностью (обычно 1:2000): 1 — центровое отверстие; 2 — хомутик; 3 — оправка; 4 — заготовка; б — цилиндрическая оправка: 1 — заготовка; 2— оправка; 3 — прижимная шайба; 4 — шайба; в — разжимная (цанговая) оправка: 1 — заготовка; 2 — коническая оправка; 3, 5 — гайки; 4 — полая оправка; г — шпиндельная оправка: 1 — цанга; 2 — заготовка; 3 — разжимная оправка; 4 — патрон; д — оправка с упругой оболочкой: 1 — план-шайба; 2 — втулка; 3 — заготовка; 4 — отверстие для ввода гидропласта; 5, 6 — винт

Для облегчения условий труда рабочих при закреплении заготовок на станки устанавливают механизированные приводы: пневматические, гидравлические, электрические и магнитные.

Вспомогательный инструмент

Для установки и закрепления режущего инструмента на станке применяют вспомогательный инструмент, который во многом определяет точность и производительность токарной обработки.

В качестве примера рассмотрим вспомогательный инструмент к токарно-револьверным станкам. Принцип работы этого инструмента общий для всех токарных станков; изменяется только хвостовая часть, с помощью которой инструмент устанавливается на станке. На токарно-револьверных станках применяют цилиндрические державки, призматические державки с цилиндрическими хвостовиками идержавки сложных форм с цилиндрическими хвостовиками, а также байонетные державки.

Упоры, применяемые на токарно-револьверных станках для ограничения подачи прутка или поворота револьверной головки с горизонтальной осью вращения, бывают жесткие, регулируемые и откидные.

Операции контроля изделия и необходимый для этого измерительный инструмент будут рассмотрены при описании технологии обработки конкретных элементов деталей (например, цилиндрической наружной поверхности, отверстий, конических наружных и внутренних поверхностей). Там же будет приведена технологическая оснастка для обработки этих поверхностей, расширяющая технологические возможности станков этой группы.

Контрольные вопросы

1. Расскажите об основных видах токарной обработки.
2. Какой режущий инструмент применяют при обработке на токарных станках?
3. Как крепится режущий инструмент на токарно-винторезных станках?
4. Расскажите о приспособлениях для крепления заготовок и вспомогательном инструменте для токарных станков.