Что такое движение подачи на токарном станке
Движения в металлорежущих станках
Содержание
Для обработки деталей рабочим органам металлорежущих станков необходимо сообщить определенный, иногда довольно сложный комплекс движений. Все движения могут быть подразделены на три вида: основные, вспомогательные и взаимосвязанные.
1. Основные движения в станках (движения резания, движения подачи)
Для обработки деталей рабочим органам металлорежущих станков необходимо сообщить определенный, иногда довольно сложный комплекс движении. Все движения могут быть подразделены на три вида: основные, вспомогательные и взаимосвязанные.
К основным отнесены те движения, которые осуществляют процесс непрерывного снятия стружки с обрабатываемой детали. Основные движения делятся на движения резания и движения подачи.
Движение резания
Движение резания непосредственно обеспечивает процесс снятия слоя металла в виде стружки. Это движение в большинстве случаев сообщается инструменту, в некоторых случаях обрабатываемой детали, а иногда детали и инструменту одновременно. Движение резания всегда осуществляется от механического привода.
Движение подачи
Движение подачи обеспечивает непрерывность процесса снятия стружки. Движение подачи также может сообщаться инструменту, детали или тому и другому одновременно. У современных станков в подавляющем большинстве случаев движения подач также осуществляются принудительно от механического или гидравлического привода. Ручные перемещения рабочих органов иногда используются при обработке деталей как движение подачи, однако, поскольку эти движения в основном предназначены для установочных перемещений режущего инструмента или детали, они условно отнесены к группе вспомогательных движений.
1. Вспомогательные движения
Эта группа движений весьма обширна. В нее входят все виды движений, которые непосредственно не участвуют в процессе резания, но необходимы для подготовки станка к работе, управления рабочими органами станка, автоматизации обработки деталей и т. п.
Движения для настройки станка на заданные режимы резания в большинстве случаев осуществляются от руки, однако у ряда современных станков, как, например, у токарно-винторезного станка модели 1К620, для изменения скорости вращения шпинделя имеется механизированный привод.
Движения для наладки станка в соответствии с размерами и конфигурацией обрабатываемой детали включают установочные и быстрые перемещения, а также повороты рабочих органов станков.
Движения управления станком в процессе работы необходимы для включения, выключения и реверсирования приводов движения и подачи, для управления приводами взаимосвязанных движений и для управления вспомогательными приводами станка.
В ряде станков имеются встроенные приводы, обеспечивающие движения соответствующих рабочих органов для подачи и зажима со пруткового материала или штучных заготовок.
3. Взаимосвязанные движения
В некоторых случаях механической обработки получение заданной формы и конфигурации поверхностей детали достигается введением дополнительных движений, имеющих определенную строгую кинематическую связь с основными движениями станка — движением резания и движением подачи. Эти движения требуют особой настройки и поэтому в общем случае их следует называть взаимосвязанными. В зависимости от характера и назначения взаимосвязанные движения могут быть подразделены на пять видов.
Движение обкатки или огибания используется в специализированных станках для нарезания всех видов зубчатых колес, червяков, шлицевых валов и других аналогичных деталей. Движение обкатки иногда имеет кинематическую связь только с движением резания (нарезание прямозубых цилиндрических колес на зубофрезерном станке), иногда только с движением подачи (нарезание прямозубых колес на зубодолбежном станке), а в отдельных случаях (нарезание косозубых колес на зубофрезерном станке) имеет связь и с движением резания и с движением подачи.
Движение образования винтовой поверхности применяется при нарезании резьбы резцом на токарно-вннторезных станках и при фрезеровании резьбы и винтовых канавок на резьбофрезерных или универсально-фрезерных станках. При нарезании резьбы резцом на токарном станке движение образования винтовой поверхности кинематически связано с движением резания, а при фрезеровании резьбы — с круговой подачей обрабатываемой детали.
Движение образования архимедовой спирали необходимо при нарезании торцовых резьб на токарных станках. Оно связано с движением резания.
Движение образования сложных поверхностей используется при обработке конусов на токарных станках моделей 163 и 1К620 и для всех видов копировальных работ.
Движение деления может иметь особую связь с основными движениями, обеспечивая делительные повороты обрабатываемой детали на необходимый угол в определенные периоды работы станка. В некоторых случаях движение деления имеет связь не с основными, а со вспомогательными движениями.
Основные понятия и определения токарной обработки. Припуск, клин, подача, глубина резания, срез, части резца, углы токарного резца
Понятие о припуске на обработку. Детали машин, обрабатываемые на металлорежущих станках, изготавливаются из отливок, поковок, кусков прокатанного металла и других заготовок. Деталь получает требуемые форму и размеры после того, как с заготовки будут срезаны все излишки материала или, как говорят припуски, получившиеся при ее изготовлении.
Припуском (общим) называется слой металла, который необходимо удалить с заготовки для получения детали с окончательно отработанном виде.
Некоторые детали обрабатываются последовательно на нескольких станках, на каждом из которых снимается только часть общего припуска. Так, например, детали, диаметральные размеры которых должны быть очень точными, а поверхности иметь весьма малую шероховатость, обрабатывают предварительно на токарных, а окончательно на шлифовальных станках.
Часть металла, снятая (срезанная) с заготовки в процессе ее обработки, называется стружкой.
Клин как основа любого режущего инструмента. Режущие инструменты, применяемые при обработке деталей на станках, в частности токарных, очень разнообразны, но сущность работы их одинакова. Каждый из этих инструментов является клином, устройство и работа которого общеизвестны.
Нож посредством которого мы затачиваем карандаш, в поперечном сечении имеет форму клина. Столярная стамеска также представляет собой клин с острым углом между его боковыми сторонами.
Рис. №1 Клин как основа любого режущего инструмента
Рис. №2 Движения и элементы резания при точении
Скорость резания при точении находится по формуле
Рис. 3. Поверхность и плоскость в процессе резания
Обрабатываемой поверхностью называется та поверхность, с которой снимается стружка.
Обработанной поверхностью называется поверхность детали, полученная после снятия стружки.
Поверхностью резания называется поверхность, образуемая на обрабатываемой детали непосредственно режущей кромкой резца.
Для определения углов резца установлены понятия: плоскость резания и основная плоскость.
Плоскость резания называется плоскость, касательная к поверхности резания и проходящая через режущую кромку резца.
Основной поверхностью называется плоскость, параллельная продольной и поперечной подачам. Она совпадает с опорной поверхностью резца.
Части резца и элементы его головки. Резец (рис. 4) состоит из головки, т.е. рабочей части, и тела, служащего для закрепления резца.
Рис. 4. Части резца и элементы его головки.
.
Рис. 5. Углы токарного резца.
Рис. 6. Упрощенное изображение углов токарного резца.
Рис. 7. Углы наклона главной режущей кромки: положительный (а), равный нулю (б) и отрицательный (в)
Рис. 8. Влияние главного угла в плане на процесс резания.
Рис. 9. Направление схода стружки при положительном (а), равном нулю (б) и отрицательном (в) угле наклона главной режущей кромки.
Движения в металлорежущих станках
Для получения на металлорежущем станке детали требуемой формы и размеров рабочим органам станка необходимо сообщить определенный, иногда довольно сложный комплекс согласованных друг с другом движений. Эти движения можно разделить на основные (рабочие) и вспомогательные. К основным движениям относятся главное движение, называемое также движением резания, и движение подачи. В некоторых станках имеют место и другие виды рабочих движений, например движение деления, обкатки и др. С помощью этих движений осуществляется процесс снятия стружки с обрабатываемой заготовки. Скорость главного движения определяется оптимальной скоростью резания, а величина подачи зависит от требуемой шероховатости обработанной поверхности.
Вспомогательные движения необходимы для подготовки процесса резания, обеспечения последовательной обработки нескольких поверхностей на одной заготовке или одинаковых поверхностей на различных заготовках.
К числу вспомогательных движений относятся:
а) движения для настройки станка на заданные режимы резания;
б) движения для наладки станка в соответствии с размерами и конфигурацией заготовки;
в) движения управления станком в процессе работы;
г) движения соответствующих рабочих органов для подачи или зажима прутка или штучных заготовок;
д) движения для закрепления и освобождения рабочих органов станка.
Вспомогательные движения можно выполнять как автоматически, так и вручную. В станках-автоматах все вспомогательные движения автоматизированы и выполняются механизмами станка в определенные моменты времени в соответствии с технологическим процессом обработки детали.
В некоторых станках главное движение получается в результате одновременного вращения заготовки и инструмента (например, при сверлении отверстий малого диаметра на токарных многошпиндельных автоматах).
Движение подачи у металлорежущих станков может быть непрерывным или прерывистым (периодическим), простым или сложным, состоять из нескольких самостоятельных движений или отсутствовать. Например, у токарных, фрезерных, сверлильных и других станков движение подачи является непрерывным. Прерывистым движение бывает, например, у продольно строгальных станков. Примером сложного движения подачи может служить движения подачи в зубофрезерном станке при нарезании косозубого цилиндрического колеса. У круглошлифовальных станков несколько движений подачи – вращательное движение детали (круговая подача), продольное осевое перемещение детали или шлифовального круга (продольная подача) и, наконец, поперечная подача, сообщаемая шлифовальному кругу, в протяжных станках движение подачи отсутствует.
Режимы резания при токарной обработке
При токарной обработке с заготовки за определенное число проходов снимается лишний металл, называемый припуском. В результате получается изделие заданной формы с требуемыми размерами и классом шероховатости поверхностей. В общем виде операция точения детали на токарном станке выглядит следующим образом: резец последовательно перемещается с заданной подачей вглубь металла вращающейся заготовки, при этом его режущая кромка за каждый оборот удаляет с заготовки заданную толщину металла.
Режимы резания при токарной обработке определяют на основании ряда технических показателей, среди которых самые значимые — это подача инструмента и частота вращения детали, закрепленной в шпинделе станка. Правильный выбор и применение режимов обработки гарантируют не только геометрическую точность и экономичность изготовления, но и сохранность детали, инструмента и оборудования, а также безопасность станочника.
Основные параметры
Одна из главных задач технологической подготовки производства при токарных работах — это определение рациональных режимов резания. При их расчете должны учитываться особенности обрабатываемого изделия и возможности станочного парка, а также наличие соответствующего инструмента, приспособлений и оснастки. Компоновка узлов и агрегатов токарного станка позволяет реализовать два определяющих вида движения, которые формируют заданную конфигурацию поверхностей детали: вращение заготовки (главное движение) и перемещение резца вглубь и вдоль поверхности детали (подача). Поэтому основными технологическими параметрами для токарного оборудования являются:
Существует взаимовлияние режимов резания и основных элементов производственной экономики. Среди них самые значимые — это:
Понятие о режимах резания
Точение на предельных режимах повышает производительность токарного оборудования. Однако такая работа станков не всегда возможна и целесообразна, т.к. существуют ограничения в виде предельной мощности главного привода, жесткости и прочности обрабатываемых изделий, а также технологических параметров инструмента и оснастки.
Еще одним ограничением являются характеристики отдельных материалов. К примеру, титан и нержавеющая сталь для токарной обработки являются одними из наиболее сложных материалов и требуют особого подхода при определении параметров технологической операции.
При неправильном расчете или подборе технологических параметров работа на высоких скоростях может вызвать повышенную вибрацию и разбалансировку отдельных механизмов токарного станка. Это приводит к понижению точности и повторяемости размеров изделий. Кроме этого повышается риск поломки инструмента и выхода из строя станка.
Глубина
Припуск — это толщина металла, удаляемого токарным резцом с заготовки до достижения ею чистового размера. При обточке и расточке он удаляется поэтапно за заданное число резов. Толщина металла, удаляемого за единичный проход резца, в механообработке носит название глубина резания и измеряется в миллиметрах. В технологических расчетах и таблицах этот параметр обозначают буквой t.
При операциях обточки она равна 1/2 разности диаметров перед и после обточки детали и вычисляется по формуле:
где t – глубина резания; D — диаметр заготовки; d – заданный диаметр детали.
При операциях подрезки — это размер слоя металла, удаляемого с торца заготовки за единичный проход резца, а при проточке и отрезке — глубина канавки.
В идеальном случае на удаление припуска требуется один проход резца. Но в реальности токарный процесс, как правило, включает в себя черновой и чистовой этап обработки (а для поверхностей с повышенной точностью – и получистовой). При хороших характеристиках и форме заготовки обе эти операции выполняются за два-три прохода.
Подача
Подача при токарной обработке — это длина пути при поперечном перемещении режущей кромки резца, совершаемом ей за единичный оборот шпинделя. Ее измеряют в мм/об, в технологической документации обозначают буквой S и подбирают по технологическим справочникам. Величина подачи зависит от мощности главного привода, значения t, габаритов и физических свойств обрабатываемой заготовки. При точении она рассчитывается по формуле:
Производительность токарного оборудования напрямую связана с величиной подачи.
При операции точения подача на токарном станке должна устанавливаться на максимально возможное число, но с учетом технологических параметров станка и применяемого инструмента. При операциях по черновому точению она зависит от мощности главного привода и устойчивости детали. А при чистовом точении основным критерием является заданный класс шероховатость поверхности.
Скорость
Скорость резания при токарной обработке — это суммарная траектория режущей кромки резца за единицу времени. Ее размерность — в м/мин, а в таблицах и расчетах ее обозначают буквой v и подбирают по технологической документации или рассчитывают по формулам. В последнем случае расчет происходит в следующей последовательности:
Этот параметр является одной из основных характеристик производительности металлорежущего оборудования и напрямую влияет на эксплуатационные режимы работы токарного станка, износ инструмента и качество обрабатываемой поверхности.
Выбор режима на практике
Расчет режимов резания при токарной обработке производится специалистами отдела главного технолога предприятия или технологического бюро цеха. Полученные результаты заносят в операционную карту, в которой приводится последовательность этапов, перечень инструмента и режимы изготовления требуемой детали на конкретном токарном станке. Заводские и цеховые технологи рассчитывают параметры технологического процесса и выбирают соответствующие инструмент и оснастку, используя конструкторские чертежи, эмпирические формулы и табличные показатели из технологических справочников. Но на практике реальные условия точения могут отличаться от нормативных по следующим причинам:
Элементы резания при токарной обработке
Поэтому для уточнения расчетных технологических режимов применяют метод пробных проходов: точение небольших участков поверхности с подбором режимов и последующим замером геометрии и качества поверхности. Главные недостатки такой отладки технологического процесса — это возрастание трудозатрат и сверхнормативное использование производственных ресурсов. Поэтому его используют только в особых случаях:
При первом запуске в производство нового изделия, обрабатываемого на автоматизированном оборудовании, также производят пробное точение и подбирают вручную режимы резания. Токарный станок с ЧПУ выполняет все операции по программе, поэтому оператор не всегда может корректировать параметры его работы.
Кроме углеродистых сталей на токарном оборудовании обрабатывают такие металлы как легированная сталь, чугун, титан, сплавы алюминия, бронза и другие сплавы меди. Помимо этого, такую обработку используют для точения материалов с низкой температурой плавления и воспламенения, таких как пластики и дерево. При работе с пластмассами токарные станки чаще всего применяют при обработке деталей из фоторопласта, полистирола, полиуретана, оргстекла, текстолита, а также эпоксидных и карбомидовых композитов. Все перечисленные группы материалов имеют свои особенности расчета и практического применения режимов точения. Это хорошо видно на примере токарной обработки нержавейки — самого распространенного после углеродистой стали конструкционного материала.
Нержавеющая сталь характеризуется низкой теплопроводностью, вязкостью, коррозионной стойкостью, сохранением прочности и твердости при высоких температурах, а также неравномерным упрочнением. Кроме того, в состав некоторых сортов нержавеющей стали входят легирующие добавки повышенной твердости с абразивными характеристиками. Поэтому при работе с ней на практике применяют специальные режимы точения и методы охлаждения и смазки детали.
Обработка нержавейки ведется на повышенных оборотах при уменьшенной подаче. Высокая вязкость этого материала способствует созданию непрерывной вьющейся стружки.
Для решения этой проблемы применяют резцы со стружколомом. Для отвода тепла и смазки обрабатываемой поверхности в рабочую зону подается специальная СОЖ (смазочно-охлаждающей жидкости) на основе олеиновой кислоты. Это уменьшает нагрев заготовки и снижает износ резца. В последнее время все чаще применяют современные методы, которые также уменьшают износ инструмента: направление в рабочую зону ультразвуковых волн и подвод к металлу слаботочных импульсов.
Вычисление скорости резания
Время точения металла (tосн, основное время) — самая затратная составляющая в суммарном времени изготовления единичного изделия. Поэтому от скорости выполнения этой технологической операции напрямую зависит экономическая эффективность использования токарного оборудования. Правильный расчет скорости резания при токарной обработке важен не только с точки зрения стоимостных показателей производственной операции. Ошибки в расчете и применении этого параметра может привести не только к браку детали, но и к повреждению токарного оборудования, оснастки и инструмента. Далее приводится последовательность расчета этого показателя для самой распространенной операции — обточки цилиндрической поверхности.
Основные факторы, влияющие на скорость резания
Скорость резания v имеет размерность м/мин и в общем виде вычисляется по формуле:
где D — диаметр заготовки в мм; n — скорость шпинделя в об/мин.
Но на токарном оборудовании невозможно количественно задать v в качестве параметра управления. При работе на токарных станках предусмотрена регулировка только оборотов шпинделя и подачи инструмента, которые зависит не только от значения v, но и от ряда других факторов: материала детали, мощности главного привода, вида точения и характеристик режущего инструмента. Поэтому при расчете режимов в первую очередь определяют расчетные обороты шпинделя:
На основании полученного результата по таблицам справочной литературе выбирают соответствующее значение v, которое зависит глубины точения, подачи, материала, типа резца и вида операции.
Для расчета теоретической глубины резания t на основании чертежа определяют размерные характеристики детали и заготовки, а затем с учетом геометрических параметров инструмента вычисляют ее по формуле:
где D — диаметр заготовки; d – конечный диаметр детали.
После вычисления величины t по справочникам определяют табличное значение подачи S в мм/об. В справочных таблицах учтены: вид материала (различные стали, бронза, чугун, титан, алюминиевые сплавы), тип точения (черновое, чистовое), параметры резца и геометрия его подхода к обрабатываемой поверхности. Затем по технологическим таблицам на основании полученных величин t и S определяют vτ — табличное значение скорости резания.
Далее vτ должна быть скорректирована в соответствии с реальными условиями точения, к которым относят: период стойкости и технические параметры резца, прочностные характеристики материала, физическое состояние обрабатываемых поверхностей, геометрия резания.
Корректировка vт осуществляется с помощью группы поправочных коэффициентов:
где vут — уточненная скорость резания; K1 — коэффициент, зависящий от времени работы резца; K2, K4 — коэффициенты, зависящие от технических параметров резца; K3 — коэффициент, зависящий от состояния обрабатываемой поверхности; K4 — коэффициент, зависящий от материала резца; K5 — коэффициент, зависящий от геометрии обработки.
После расчета vут вычисляют уточненную скорость вращения шпинделя nут по следующей формуле:
Значение nут должно лежать в диапазоне паспортных скоростей главного привода станка, которые приведены в заводской документации токарного оборудования. Если полученная в результате расчетов nут не имеет точного соответствия в таблицах станка, то необходимо применить ближайшее самое меньшее число.
Формулы для токарной обработки
На последнем этапе рассчитывают фактическую скорость резания vф:
Vф напрямую связана с мощностью главного двигателя станка. Поэтому она является основным параметром при выборе конкретного типа токарного станка для обработки требуемой детали.