KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI Inżynieria wytwarzania: Obróbka ubytkowa

Transkrypt

1 Przedmiot: KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI Inżynieria wytwarzania: Obróbka ubytkowa Temat ćwiczenia: Toczenie Numer ćwiczenia: 1 1. Cel ćwiczenia Poznanie odmian toczenia, budowy i przeznaczenia narzędzi tokarskich, parametrów skrawania i parametrów warstwy skrawanej, sił i zapotrzebowania mocy przy toczeniu. Obliczanie czasu głównego przy toczeniu. Praktyczne poznanie wszystkich rodzajów zabiegów możliwych do wykonania na tokarce. 2. Przebieg ćwiczenia W ramach ćwiczenia należy: 1. Zapoznanie się z rodzajami i budową narzędzi tokarskich. 2. Przeprowadzenie zabiegów obróbkowych na tokarce uniwersalnej: a) toczenia wzdłużnego, b) toczenia poprzecznego, c) wytaczania, d) planowania wzdłużnego, e) planowania porzecznego, f) toczenia stożków krótkich, g) toczenia stożków długich, h) toczenia gwintów, i) nacinania gwintów narzynką, j) wiercenia. 3. Przeprowadzenie prób toczenia z różnymi parametrami obróbki i określenie ich wpływu na proces tworzenia wióra i chropowatość obrabianej powierzchni. 3. Wytyczne do opracowania sprawozdania Sprawozdanie wykonane ręcznie powinno zawierać: - przebieg ćwiczenia (w punktach) - schemat operacji tokarskich - zadanie obliczeniowe

2 1. Wprowadzenie Toczeniem nazywamy taki rodzaj obróbki skrawaniem, w którym ruch główny obrotowy wykonuje przedmiot obrabiany napędzany poprzez wrzeciono tokarki (lub stołu w przypadku tokarek karuzelowych), natomiast ruch pomocniczy posuwowy wykonuje narzędzie. Ze złożenia tych ruchów otrzymuje się względne przemieszczenie narzędzia w odniesieniu do powierzchni obrabianej. Dla powierzchni cylindrycznej i stożkowej ruch ten jest realizowany po linii śrubowej, natomiast dla powierzchni czołowej ruch realizowany jest po torze spiralnym. Wszystkie inne ruchy dodatkowe, związane z ustaleniem położenia narzędzia w stosunku do części obrabianej, nazywamy ruchami pomocniczymi. 2. Klasyfikacja odmian toczenia Klasyfikacja odmian toczenia może być dokonywana na podstawie zróżnicowanych kryteriów: a) ze względu na położenie osi obrotowej: toczenie osiowe wzdłużne (rys. 1), toczenie promieniowe poprzeczne (rys. 2), Rys. 1. Przykład toczenia osiowego/zewnętrznego Rys. 2. Przykład toczenia promieniowego

3 b) w zależności od toczonej powierzchni: toczenie powierzchni zewnętrznych (rys. 1), toczenie powierzchni wewnętrznych (rys. 3), Rys. 3. Przykład toczenia powierzchni wewnętrznych c) w zależności od wzajemnego usytuowania ruchu pomocniczego względem osi: toczenie wzdłużne zewnętrzne i wewnętrzne ruch pomocniczy wykonywany jest równolegle do osi wrzeciona (rys. 1/3), toczenie poprzeczne zewnętrzne i wewnętrzne ruch pomocniczy wykonywany jest prostopadle do osi wrzeciona. Można tu wyodrębnić toczenie wcinające: kształtowe, przecinanie, toczenie rowków (rys. 4/5), toczenie stożków zewnętrznych i wewnętrznych, gdy kierunek ruchu posuwowego przecina się z osią wrzeciona (rys. 6), Rys. 4. Przykład przecinania toczonej powierzchni

4 Rys. 5. Przykład toczenia kształtowego Rys. 6. Przykład toczenia stożków zewnętrznych d) w zależności od ilości narzędzi (ostrzy) równocześnie biorących udział w skrawaniu: toczenie jednonożowe, toczenie wielonożowe (z podziałem posuwu i głębokości skrawania) (rys. 7), e) toczenie kształtowe toczenie gwintów wewnętrznych i zewnętrznych (rys. 8), toczenie kształtowe nożem kształtowym (rys. 5), toczenie kopiowe.

5 Rys. 7. Przykład operacji wiercenia z podziałem głębokości skrawania Rys. 8. Przykład operacji toczenia gwintów zewnętrznych

6 3. Parametry skrawania 3.1. Technologiczne parametry skrawania Na rys. 9. Przedstawiono schemat procesu toczenia z zaznaczonymi parametrami technologicznymi. Rys. 9. Schemat procesu toczenia Do technologicznych parametrów skrawania podczas toczenia zaliczamy: prędkość skrawania V c jest to droga jaką przebywa krawędź skrawająca względem gdzie: przedmiotu obrabianego w jednostce czasu. Związek prędkości skrawania z prędkością obrotową przedstawia zależność: v c π d n = 1000 d średnica obrabianego przedmiotu [mm], m min n prędkość obrotowa przedmiotu obrabianego [obr/min]. głębokość skrawania a p jest to odległość pomiędzy powierzchnią obrabianą a obrobioną. gdzie: a p = d średnica przedmiotu obrabianego [mm], d 1 średnica przedmiotu obrobionego [mm]. d d 1 2 [mm]

7 posuw f jest to przesunięcie noża zgodnie z kierunkiem ruchu posuwowego w czasie jednego obrotu części obrabianej i jest mierzony w mm na 1 obrót części tocznej. f [mm/obr] posuw na obrót posuw minutowy f t jest to posuw wyrażony stosunkiem drogi, jaką przebywa w tym gdzie: ruchu narzędzie, do czasu. f posuw na obrót [mm/obr], n prędkość obrotowa [obr/min]. f t = f n [mm/min] Rys. 10. Technologiczne parametry skrawania w procesie toczenia

8 3.2. Geometryczne parametry skrawania Elementy geometryczne warstwy skrawanej określane są w przekroju charakterystycznym warstwy skrawanej, tzn. w przekroju prostopadłym do wektora prędkości skrawania. Do geometrycznych parametrów warstwy skrawanej zaliczamy: szerokość warstwy skrawanej b b = a p, gdzie: sinκ a p głębokość skrawania [mm], κ kąt przystawienia. grubość warstwy skrawanej h h = f sin κ, gdzie: f wartość posuwu [mm], κ kąt przystawienia. 4. Czas maszynowy toczenia Czas maszynowy jest to czas potrzebny na zdjęcie naddatku z powierzchni przedmiotu obrabianego. Oblicza się go z zależności: t m = gdzie: L długość przejścia narzędzia [mm], l długość części toczonej [mm], l d dobieg narzędzia [mm], l w wybieg narzędzia [mm], f t posuw minutowy [mm/min], f posuw na obrót [mm/obr.], n prędkość obrotowa [obr./min], i liczba przejść narzędzia. L i ( l + ld + lw i = ) f n f t 5. Siła, moment i moc skrawania Siła całkowita skrawania jest efektem oddziaływania ostrza na przedmiot obrabiany, w wyniku którego powstają odkształcenia sprężyste i plastyczne, a w ostatniej fazie oddzielenie

9 wióra od materiału obrabianego. Siłę całkowitą F rozkłada się na składowe F x, F y, F z w osiach obrabiarki, którym odpowiadają składowe w układzie narzędzia (F f, F p, F c ). Rys. 11. Rozkład siły całkowitej F podczas toczenia na składowe. Wzór na obliczenie siły skrawania F c ma postać: F c = C c a p xc f yc gdzie: wartości liczbowe stałych C c, x c, y c potrzebne do obliczenia siły F c odczytuje się z tablic. Moc skrawania przy toczeniu wyznacza się z zależności: F V C = c c P c = c a xc p f yc V c [kw] Moc pobieraną przez silnik napędowy wrzeciennika tokarki oblicza się ze wzoru: gdzie: P c P s = η [kw] ŋ współczynnik sprawności układu napędowego tokarki 0,75. Moment obrotowy na wrzecionie tokarki oblicza się z zależności: M = F c d [Nm]

10 gdzie: d średnica przedmiotu obrabianego [mm]. 6. Chropowatość powierzchni w procesie toczenia. Chropowatość powierzchni obrobionej po toczeniu można wyznaczyć teoretycznie, rozpatrując profil powierzchni kształtowanej przez ostrze o określonym promieniu zaokrąglenia naroża przemieszczającego się o wartość posuwu f przypadającego na jeden obrót przedmiotu obrabianego. Na rys. 12 przedstawiono sposób wyznaczenia maksymalnej wysokości profilu chropowatości oraz wpływ posuwu oraz promienia zaokrąglenia naroża na chropowatość powierzchni w procesie toczenia. Parametr R t chropowatości wyraża się wzorem: R t = r ε 2 ε r 2 f 4 [ mm] Lub po uproszczeniu zależność ta przedstawia się następująco: R t = 2 f 8 r ε 1000 [ µm] Rys. 12. Chropowatość powierzchni w procesie toczenia

11 Rzeczywista wartość chropowatości powierzchni obrobionej po toczeniu jest jednak uzależniona od wielu czynników, głównie od właściwości plastycznych materiału obrabianego, drgań układu OUPN, zużycia narzędzia itp. Ich wpływ na chropowatość powierzchni określa się doświadczalnie. 7. Narzędzia tokarskie Są to narzędzia do obróbki ubytkowej polegającej na zdejmowaniu małych fragmentów obrabianego materiału. Rys. 13. Geometria części roboczej noża tokarskiego Narzędzia tokarskie możemy podzielić na: a) jednoczęściowe narzędzia tokarskie noże tokarskie ze stali szybkotnącej są to narzędzia jednoczęściowe. Różnią się chwytem, korpusem i częścią skrawającą. Chwyt do obróbki zewnętrznej jest kwadratowy lub prostokątny oraz okrągły albo czworokątny w przypadku noży do obróbki wewnętrznej. Rys. 14. Nóż tokarski ze stali szybkotnącej noże tokarskie z ostrzami ze stopów twardych mają podobne kształty jak noże tokarskie ze stali szybkotnącej.

12 Rys. 15. Nóż tokarski z płytką ze stopów twardych b) oprawki zaciskowe i płytki skrawające - do płytek skrawających, np. ze stopów twardych, stosuje się często narzędzia tokarskie z oprawkami zaciskowymi. Różnią się one od narzędzi jednoczęściowych zasadniczo ukształtowaniem korpusu narzędzia, w którym umieszczony jest mechanizm zaciskowy. Budowa narzędzia składa się z korpusu (oprawki), płytki narzędziowej i płytki podporowej. W zależności od budowy rozróżniamy różne mocowania płytki skrawającej w korpusie. Płytka skrawająca najczęściej wykonana jest z węglika spiekanego z dodatkowym pokryciem ochronnym. Wymiary i kształty płytek skrawających są ujednolicone w międzynarodowych normach ISO. Ich podział zależy od podstawowego kształtu płytki skrawającej i jej lokalizacji, a tym samym od kierunku skrawania. Rys. 16. Nóż tokarski składany Rys. 17. Kształt płytek skrawających do toczenia wg ISO c) narzędzia do radełkowania - stosuje się je w celu wygniecenia na powierzchni przedmiotu obrabianego drobnych rowków. Wykonuje się je najczęściej na powierzchniach chwytowych części przyrządów, łbach śrub, itd. Do radełkowania używa się jako narzędzi hartowanych rolek ze stali narzędziowej, które na obwodzie mają nacięte rowki o kącie rozwarcia 90.

13 Na rys. 18 przedstawiono zestaw do radełkowania zawierający dwa trzonki (obustronny i jednostronny), zestaw hartowanych rolek do radełkowania o różnych kątach nachylenia rowków, oraz trzpienie mocujące rolki. Rys. 18. Zestaw narzędzi do radełkowania 8. Wyposażenie stanowiska Ćwiczenie laboratoryjne realizowane jest na tokarce uniwersalnej firmy KNUTH V-Turn 410 przedstawionej na Rys. 19.

14 Rys. 19. Tokarka uniwersalna KNUTH V-Turn korpus, 2- skrzynka posuwów, 3 skrzynka prędkości, 4 wyświetlacz cyfrowy położenia, 5 wrzeciono przedmiotowe, 6 imak nożowy, 7 prowadnice, 8 konik, 9 śruba pociągowa, 10 wałek pociągowy, 11 wałek sterujący (włączenie prędkości obrotowej wrzeciona), 12 skrzynka suportowa z dźwigniami sterującymi (załączenie/wyłączenie mechanicznego posuwu wzdłużnego i poprzecznego) Podstawowe wielkości charakterystyczne: - Średnica obrabiania nad łożem (max) 410 mm - Średnica obrabiania nad suportem 255 mm - Przesuw osi X 210 mm - Przesuw osi Z 102 mm - Zakres prędkości, wysokie obr./min - Zakres prędkości, niskie obr./min - Moc, napęd główny 5,5 kw - Napięcie zasilania 400 V - Wymiary ogólne 1940x820x1280 mm - Waga 1200 kg 9. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest wykonanie następującej listy operacji: 1. Toczenie wzdłużne 2. Toczenie poprzeczne czołowe 3. Podcinanie 4. Wiercenie 5. Toczenie gwintu wewnętrznego 6. Toczenie pow. stożkowej wewnętrznej 7. Toczenie wzdłużne wewnętrzne 8. Toczenie gwintu zewnętrznego 9. Podcinanie 10. Toczenie kształtowe 11. Radełkowanie rolką 12. Toczenie pow. stożkowej zewnętrznej

15 Rys. 20. Operacje tokarskie wykonywane podczas laboratorium