Przedmiot : Techniki Wytwarzania: Obróbka ubytkowa Temat: Toczenie KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Nr ćwiczenia : 2 Kierunek: Mechanika i Budowa Maszyn 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie studenta z odmianami toczenia, parametrami technologicznymi i geometrycznymi w procesie toczenia, budową i zasadą działania tokarki konwencjonalnej oraz oprzyrządowaniem i narzędziami tokarskimi. 2. Wyposażenie stanowiska - Tokarka konwencjonalna - Oprzyrządowanie dodatkowe (zabierak, tarcza zabierakowa, uchwyt 3-szczękowy, podtrzymka, ) - Narzędzia tokarskie (jednolite (zdzierak, wykańczak, wytaczak, ), składane,.) - Instrukcja szczepowa do ćwiczeń 3. Przebieg ćwiczenia - Zapoznanie się z budową i zasada działania tokarki konwencjonalnej - Omówienie i zastosowanie oprzyrządowanie dodatkowego do ustalania i mocowania przedmiotu obrabianego. - Omówienie narzędzia obróbkowych oraz sposoby ustalania i mocowania w suporcie narzędziowym tokarki uniwersalnej - wykonanie części poprzez zastosowanie różnych odmian toczenia. Literatura: - Duduk K., Gorski E. Poradnik tokarza WNT Warszawa 2000 r. - Poradnik inżyniera Obróbka skrawaniem tom I WNT Warszawa 1991 r. - Poradnik Sandvik Coromant - Dul Korzyńska B. Obróbka skrawaniem i narzędzia OWPR Rzeszów - Burek J. Maszyny technologiczne OWPR Rzeszów 2000 r. -Cichosz P. Techniki wytwarzania obróbka ubytkowa OWPW Wrocław 2002 r. Opracował: Uwagi: Załącznikiem jest instrukcja szczegółowa
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. 2. Klasyfikacja odmian toczenia. Toczenie można podzielić na następujące odmiany, które różnią się kierunkiem realizacji ruchu posuwowego narzędzia oraz kształtem powierzchni obrobionej: a. Ze względu na położenie osi obrotowej: Toczenie osiowe (wzdłużne) rys. 1-1 Toczenie promieniowe (poprzeczne) rys. 1-2 b. W zależności od toczonej powierzchni: Toczenie powierzchni zewnętrznych rys. 1-1 Toczenie powierzchni wewnętrznych rys. 1-5 c. W zależności od usytuowania ruchu pomocniczego względem osi obrotu: Toczenie wzdłużne zewnętrzne i wewnętrzne (rys. 1-1 i 1-5) ruch pomocniczy wykonywany jest równolegle do osi wrzeciona. Toczenie poprzeczne zewnętrzne i wewnętrzne (rys. 1-2) ruch pomocniczy wykonywany jest prostopadle do osi wrzeciona. Można tu wyodrębnić toczenie wcinające: kształtowe, przecinanie, toczenie rowków (rys. 1-7 i 1-8). Toczenie stożków zewnętrznych i wewnętrznych (rys. 1-3), gdy kierunek ruch posuwowego przecina się z osią wrzeciona. d. W zależności od ilości narzędzi (ostrzy) biorących jednocześnie udział w kształtowaniu powierzchni: Toczenie jednonożowe Toczenie wielonożowe - wyróżniamy z podziałem posuwu i podziałem głębokości. e. Toczenie kształtowe: Toczenie gwintów zewnętrznych i wewnętrznych (rys. 1-10) Toczenie kształtowe nożem kształtowym (rys. 1-8) Toczenie kopiowe (rys. 1-9)
Rys. 1. Podstawowe operacje tokarskie
3. Parametry technologiczne toczenia W procesie toczenia przedmiot obrabiany realizuje ruch obrotowy natomiast narzędzie dosunięte do przedmiotu na określona odległość realizuje ruch posuwowy. Parametry technologiczne, to parametry opisujące proces obróbki, występujące w nim ruchy oraz wielkości charakteryzujące ustawienie narzędzia bądź przedmiotu obrabianego. Niektóre parametry technologiczne są jednocześnie wielkościami nastawczymi obrabiarki. Na rys. 2. Przedstawiono schemat procesu toczenia z zaznaczonymi parametrami technologicznymi. Rys. 2. Schemat procesu toczenia Parametry technologiczne toczenia: n [obr/min] prędkość obrotowa wrzeciona a p [mm] głębokość skrawania d [mm] średnica przedmiotu obrabianego f t f o [mm/min] posuw minutowy narzędzia [mm/obr] posuw na obrót narzędzia v c [m/min] prędkość skrawania Zależności pomiędzy parametrami technologicznymi są następujące: v c d n m 1000 min, f t f o mm n min
4. Przekrój warstwy skrawanej Proces skrawania charakteryzowany jest również poprzez parametry geometryczne takie jak grubość warstwy skrawanej h oraz szerokość warstwy skrawanej b. Parametry te opisują wymiary i kształt warstwy skrawanej. Elementy geometryczne warstwy skrawanej określane są w przekroju charakterystycznym warstwy skrawanej, tzn. w przekroju prostopadłym do wektora prędkości skrawania (rys. 3). Rys. 3. Przekrój warstwy skrawanej Pole przekroju warstwy skrawanej równe jest iloczynowi głębokości skrawania a p oraz posuwu f lub iloczynowi grubości h i szerokości b warstwy skrawanej. Pole przekroju warstwy skrawanej w procesie toczenia jest stałe. Kształt pola przekroju zależy od wartości kąta przystawienia κ r. 5. Toczenie gwintów W procesie toczenia możliwe jest kształtowanie gwintów zewnętrznych oraz wewnętrznych. W zależności od kształtu części skrawającej narzędzia można toczyć gwinty metryczne, calowe, trapezowe okrągłe itd. Aby można było realizować toczenie gwintów muszą być spełnione następujące warunki: narzędzie musi mieć kształt bruzdy gwintowej, obrabiarka musi posiadać sprzężenie kinematyczne ruchu posuwowego z ruchem obrotowym, posuw narzędzia ma być równy skokowi nacinanego gwintu, obróbka gwintu realizowana jest w kilku lub kilkunastu przejściach, pole przekroju warstwy skrawanej w każdym przejściu musi być stałe. W procesie toczenia można kształtować gwinty prawe bądź lewe, gwinty zewnętrze bądź wewnętrzne, a ponadto można je wykonywać nożami prawymi lub lewymi. Dlatego też na rys. 4 przedstawiono kinematyczne odmiany toczenia gwintów.
Rys. 4. Kinematyczne odmiany toczenia gwintów W związku z tym, że obróbka gwintu przebiega w wielu przejściach, dlatego też warstwa skrawana może być usuwana na różne sposoby. Na rys. 5 przedstawione są różne sposoby usuwania naddatku obróbkowego w procesie toczenia gwintów, z czym wiąże się różny sposób realizacji dosuwu narzędzia. Przy planowaniu procesu toczenia gwintów należy pamiętać, że pole przekroju warstwy skrawanej w każdym przejściu musi być takie same, co zapewnia jednakowe warunki obróbki. Rys. 5. Sposoby podziału naddatku w procesie toczenia gwintów Sposoby wcinania narzędzia w materiał podczas obróbki gwintów są następujące:
a) promieniowy wgłębny, stosowany do mniejszych skoków gwintów i materiałów silnie umacniających się, b) i c) boczny zmodyfikowany, stosowany do obróbki gwintów o dużych skokach oraz do toczenia gwintów wewnętrznych (duże wysięgi), d) naprzemienny, stosowany do obróbki gwintów o dużych profilach, gwarantuje równomierne zużywanie się obu krawędzi noża tokarskiego 6. Budowa i zasada działania tokarki uniwersalnej KNUTH Turn 410. Tokarki stanowią podstawową grupę obrabiarek przeznaczonych do obróbki powierzchni osiowo symetrycznych (obrotowych). Kształtowanie powierzchni obrotowych realizowane jest przez sprzężenie dwóch ruchów. Ruchu główny (ruch obrotowy) wykonywany przez przedmiot obrabiany oraz ruch prostoliniowy (ruch posuwowy) realizowany przez narzędzie. Ze względu na różnorodną konstrukcję, sposób pracy, kształt powierzchni obrabianej, sposób mocowania, tokarki możemy podzielić na: a) Tokarki kłowe b) Tokarki uchwytowe c) Tokarki wielonożowe i rewolwerowe d) Automaty i półautomaty e) Tokarki karuzelowe f) Tokarki kopiarki g) Tokarki do gwintów h) Tokarki specjalizowane Ogólną budowę tokarki uniwersalnej KNUTH Turn 410 przedstawiono na rys. 6. Rys. 6. Tokarka uniwersalna KNUT V-Turn 410 1-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), 13 przekładania pasowa, 14 przekładania gitarowa
Kształtowanie materiału będzie się odbywać, jeżeli wprowadzimy ruch obrotowy wrzeciona i ruch posuwowy narzędzia. Wrzeciono (5) otrzymuje napęd od silnika umieszczonego w korpusie tokarki za pośrednictwem przekładni pasowej (13) i skrzynki prędkości (3). Posuw mechaniczny narzędzia realizowany jest od wrzeciona za pośrednictwem przekładni gitarowej (14), skrzynki posuwów (2) poprzez wałek pociągowy (10) oraz skrzynkę suportową (12). W skrzynce suportowej napęd zostaje rozdzielony na realizację posuwu wzdłużnego lub poprzecznego. 7. Oprzyrządowanie tokarki. a. Elementy ustalająco mocujące przedmiot obrabiany. Jako elementy ustalająco mocujące najczęściej są stosowane w tokarkach uchwyty samocentrujące 3- lub 4-szczękowe. Uchwyty tokarskie służą do szybkiego mocowania małych i średnich przedmiotów (elementy obrotowe) ustalonych współosiowo z wrzecionem tokarki. Najczęściej spotykanym uchwytem samocentrującym jest uchwyt spiralny. Składa się on z koła stożkowego napędzającego i koła talerzowego, w którym wykonany jest rowek spiralny, zwany spiralą Archimedesa. Każda ze szczęk ma od wewnątrz występy, które wchodzą w kolejne zwoje rowka spiralnego. Przy przekręcaniu kluczem koła stożkowego szczeki przemieszczają się promieniowo w kadłubie uchwytu, mocując przedmiot. a) b) c) d) Spirala Archimedesa Szczęka Koło zębate tależowe Koło stożkowe Rys. 7. Oprzyrządowanie ustalająco mocujące : a) uchwyt czteroszczękowy samocentrujący i uchwyt czteroszczękowy z niezależnym ustawieniem szczęk, b) uchwyt trzyszczękowy samocentrujący, c) budowa uchwytu trzyszczękowego z spiralą Archimedesa, d) uchwyt dwuszczękowy samocentrujący. Innym sposobem ustalania i mocowania przedmiotu obrabianego jaki stosuje się do przedmiotów o małej sztywności, jest zastosowanie kłów oraz tarczy zabierakowej z zabierakiem. Przedmiot obrabiany po uprzednim wykonaniu nakiełków jest ustalony w osi tokarki pomiędzy konikiem z kłem obrotowym, a drugim kłem usytuowanym we wrzecionie
obrabiarki. Napęd obrotowy przenoszony jest z wrzeciona tokarki poprzez tarczę zabierakową na zabierak zamocowany na przedmiocie obrabianym. Na rys. 8 przedstawiono sposób ustalania i mocowania w kłach. b. Elementy podpierające Rys. 8. Mocowanie przedmiotu w kłach Konik jest zespołem tokarki, który pełni dwie funkcje. Po pierwsze służy jako element podpierający przedmiot obrabiany podczas procesu skrawania, po drugie do mocowania narzędzi do obróbki otworów takich jak wiertła, rozwiertaki, itd. Podtrzymka stała jest mocowana na prowadnicach łoża i obejmuje przedmiot obrabiany za pomocą trzech kamieni lub rolek tocznych łożyskowanych podtrzymując podczas obróbki i zapobiegając nadmiernemu ugięciu. Podtrzymka stanowi dodatkowy punkt podparcia i zmniejsza jego swobodną długość. Podtrzymka ruchoma jest mocowana na suporcie wzdłużnym tokarki. Podpiera powierzchnie już wcześniej przetoczoną. W tego rodzaju podtrzymce należy regulować wysuniecie elementów podpierających każdorazowo po przejściu obróbczym. Rys. 9. Budowa konika
Rys. 10. Podtrzymka stała budowa i usytuowanie na tokarce. Rys. 11. Podtrzymka ruchoma budowa i usytuowanie na tokarce c. Narzędzia tokarskie. Narzędzia tokarskie możemy podzielić na: Narzędzia jednolite. Narzędzia z trwale przymocowaną częścią skrawającą. Narzędzia składane. Narzędzie do radełkowania. Narzędzia jednolite są to narzędzia gdzie część chwytowa jak i część robocza są wykonane z tego samego materiału. Na rys.12 przedstawiono widok narzędzia tokarskiego monolitycznego. Rys. 12. Zestaw narzędzi tokarskich
Narzędzia z trwale przymocowaną częścią skrawającą są to narzędzia gdzie część chwytowa wykonana jest z materiału konstrukcyjnego natomiast część robocza lub tylko skrawająca są wykonane materiału narzędziowego i trwale przymocowane do narzędzia poprzez klejenie, zgrzewanie, lutowanie lub spawanie. Na rys. 13 przedstawiono zestaw narzędzi tokarskich do obróbki powierzchni zewnętrznych oraz wewnętrznych z trwale przymocowana częścią skrawającą w postaci węglikowej płytki skrawającej. Rys. 13. Zestaw narzędzi tokarskich Narzędzia składane są to najczęściej używane narzędzia do obróbki w przemyśle. Budowa narzędzia składa się z korpusu (oprawki), płytki narzędziowej i płytki podporowej. W zależności od budowy rozróżniamy różne mocowania płytki skrawającej w korpusie (mocowanie sztywne, mocowanie dźwigniowe, mocowanie klinowe, mocowanie śrubą). Płytka skrawająca najczęściej wykonana jest z węglika spiekanego z dodatkowym pokryciem ochronnym. Kształt i sposób mocowania płytki w znaczący sposób decyduje o jej przeznaczeniu, np. płytka typu C wykorzystywana jest do obróbki zgrubnej, natomiast płytka typu V do obróbki wykończeniowej (profilowej). Wymiary i kształty płytek skrawających są ujednolicone w międzynarodowych normach ISO (rys. 14.). Rys. 14. Kształt płytek wg. ISO Rys. 15. Zestaw składanych narzędzi tokarskich
Na rys. 16 przedstawiono klasyfikację narzędzi tokarskich ze względu na budowę, możliwości kształtowania powierzchni oraz położenie głównej krawędzi skrawającej. Rys. 16 Klasyfikacja narzędzi tokarskich Narzędzia do radełkowania stosuje się 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. Na rys. 17 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. 17. Zestaw do radełkowania d. Oprzyrządowanie ustalająco mocujące narzędzia obróbkowe. Najczęstszym sposobem mocowania narzędzi na tokarce jest zastosowanie imaka nożowego. Na rysunku poniżej pokazano cztero pozycyjny imak narzędziowy do mocowania czterech narzędzi. Imak nożowy najczęściej wyposażony jest w mechanizm zatrzaskowy, co pozwala na szybką zmianę narzędzia i jego pewne ustalenie. Rys. 18. Imak narzędziowy 4-pozycyjny. Innym sposobem ustalania i mocowania narzędzia jest zastosowanie imaka jedno nożowego z mechanizmem szybkiego mocowania. Dodatkowym atutem tego mocowania jest możliwość kątowego ustalenia narzędzia względem przedmiotu obrabianego, co za tym idzie zmianę kąta przystawienia narzędzia i obróbkę powierzchni stożkowej. Budowa tego typu imaka składa się z oprawki, w której mocowane jest narzędzie oraz imak z wykonanym uzębieniem do wstępnego ustalania położenia narzędzia.
Rys. 19. Imak jednonożowy z mechanizmem szybkiego mocowania i od mocowania 8. Wykonanie modelu z zastosowaniem różnych odmian toczenia. Lista operacji do wykonania: 1. Planowanie 2. Toczenie wzdłużne 3. Wiercenie otworu 4. Toczenie rowka wewnętrznego 5. Toczenie wzdłużne pow. wewnętrznych 6. Toczenie pow. stożka wewnętrznego 7. Toczenie gwintu wewnętrznego 8. Toczenie wzdłużne pow. Zewnętrznej 9. Toczenie pow. stożka zewnętrznego 10. Toczenie rowków zewnętrznych 11. Toczenie rowka kształtowe 12. Toczenie gwintu zewnętrznego 13. Radełkowanie
Planowanie Toczenie wzdłużne Wiercenie Toczenie rowka wew. Toczenie wzdłużne wew. Toczenie pow. stożka wewnętrznego Toczenie gwintu wewnętrznego Toczenie wzdłużne zew.
Toczenie pow. Stożka zewnętrznego Toczenie rowków zew. Toczenie rowka kształtowego Toczenie gwintu zewnętrznego Radełkowanie powierzchni chwytowej 9. Pytania kontrolne a. Charakterystyka procesu toczenia. b. Podział toczenia w zależności od usytuowania ruchu posuwowego względem osi obrotu. c. Narysować schemat: toczenie wzdłużne wewnętrzne i zewnętrzne. d. Narysować schemat: toczenie wcinające kształtowe. e. Wymienić elementy podpierające i krótko je opisać. f. Wymienić elementy ustalająco mocujące przedmiot obrabiany i krótko je opisać. g. Opisać budowę narzędzi składnych. h. Charakterystyka procesu radełkowania i budowa narzędzi do radełkowania.
i. Wymienić cechy charakterystyczne toczenia gwintów j. Wymienić sposoby usuwania naddatku obróbkowego w procesie toczenia gwintów. k. Wymienić parametry technologiczne w procesie toczenia (oznaczenie, nazwa, jednostka, wzór).