Obrabiarki skrawające do metali

OBRABIARKĄ – nazywa się maszynę do kształtowania przedmiotów z różnych materiałów konstrukcyjnych za pomocą zamocowanych w niej narzędzi. W zależności od metody kształtowania przedmiotów na obrabiarce rozróżnia się obrabiarki do obróbki plastycznej i skrawające.

Obrabiarki skrawające są stosowane do nadawania obrabianemu przedmiotowi wymaganego kształtu przez oddzielenie nadmiaru materiału w postaci wiórów. Do obrabiarek tych należą: tokarki, wiertarki, frezarki, strugarki, szlifierki i inne.

W zależności od zastosowania rozróżnia się obrabiarki: 

-       ogólnego przeznaczenia umozliwiając wykonywanie różnorodnych prac w produkcji jednostkowej i małoseryjnej,

-       specjalizowane przewidziane do wykonywania określonych robót w węższym zakresie np.: tokarko-kopiarki, frezarki,

-       specjalne-stosowane w określonych gałęziach przemysłu np. tokarki dla kolejnictwa do obróbki kół wagonowych, tokarki dla przemysłu hutniczego do obróbki walców hutniczych itp.

Zależnie od kształtu i wymaganej chropowatości powierzchni przedmiotu stosuje się różne rodzaje i sposoby obróbki skrawaniem. Różnią się one między sobą stosowanymi narzędziami oraz charakterem ruchów, które wykonują narzędzia i przedmiot obrabiany.

SPOSOBY OBRÓBKI SKRAWANIEM

Rozróżnia się podstawowe sposoby obróbki skrawaniem:

a)      Toczenie-przedmiot obrabiany wykonuje ruch obrotowy, narzędzie zaś (nóż tokarski) przesuwa się równoległe do osi obrotu przedmiotu lub prostopadle do niej, bądź wykonuje oba te ruchy łącznie. Toczenie stosuje się głównie w celu otrzymania powierzchni walcowatych, stożkowatych lub kulistych.

b)     Struganie-przedmiot i narzędzie wykonują ruchy prostoliniowe, stosuje się je przede wszystkim do wykonywania płaszczyzn.

c)      Wiercenie-narzędzie (wiertło) wykonuje ruch obrotowy i jednocześnie prostoliniowy postępowy ruch posuwowy. Ten rodzaj obróbki służy do wykonywania otworów.

d)     Frezowanie-narzędzie (frez) wykonuje ruch obrotowy, przedmiot obrabiany przesuwa się prostoliniowo. Przedmiot może wykonywać również ruch prostoliniowy obrotowy jednocześnie.

e)      Szlifowanie-narzędzie (ściernica) wykonuje szybki ruch obrotowy. Przedmiot obrabiany porusza się bądź ruchem prostoliniowym (szlifowanie płaszczyzn), bądź obrotowym (szlifowanie powierzchni walcowych).

Oprócz podanych sposobów obróbki skrawaniem znane są inne np. dłutowanie, przeciąganie, gładzenie, dogładzanie, docieranie.

W zależności od dokładności, kształtu, wymiaru i obrabianej powierzchni rozróżnia się następujące rodzaje obróbki skrawaniem: zgrubna, średnio dokładna, dokładna i bardzo dokładna, zwana wykańczającą.

CHARAKTERYSTYKA TOCZENIA:

- Najbardziej rozpowszechniony sposób obróbki skrawaniem polegający na oddzielaniu nożem tokarskim warstwy materiału z przedmiotu, na obrabiarce zwanej tokarką.

Zależnie od kierunku ruchu posuwowego noża względem osi obrotu przedmiotu rozróżnia się toczenie:

ü      Wzdłużne (kierunek posuwu noża równoległy do osi obrotu przedmiotu),

ü      Poprzeczne (kierunek posuwu prostopadły do osi obrotu przedmiotu),

ü      Kopiowe tj. według wzornika sterującego ruchem posuwowym noża po dowolnej w zasadzie linii.

Toczenie może być wykonywane nożem pojedynczym lub jednocześnie kilkoma nożami zamocowanymi w jednym imaku (toczenie wielonożowe).

Toczeniem kształtowym nazywa się toczenie krótkich brył obrotowych niecylindrycznych za pomocą noża, którego ostrze ma kształt tworzącej obrabianego przedmiotu.

PARAMETRY TOCZENIA

Na przebieg procesu toczenia mają wpływ: prędkość, głębokość skrawania oraz posuw. Zależą od nich trwałość ostrza noża, opór skrawania i dokładność wymiaru obrabianej powierzchni.

Prędkość skrawania – jest to stosunek drogi do czasu, w którym krawędź skrawająca narzędzia przesuwa się względem powierzchni obrabianego przedmiotu w kierunku głównego ruchu roboczego. Oblicza się według wzoru:

V- prędkość skrawania w m/min.

d - średnica przedmiotu obrabianego w min.

n- prędkość obrotów przedmiotu obrabianego w obr/min.

Głębokość skrawania - jest to grubość warstwy materiału usuwanej podczas jednego przejścia narzędzia skrawającego.

Posuw - jest to przesunięcie noża na jeden obrót przedmiotu. Oznacza go się najczęściej literą „p” i wyraża się w mm/obr. Ruch ten może odbywać w kierunku równoległym do prowadnic łoża tokarki, wówczas nazywa się go posuwem wzdłużnym. Gdy nóż wykonuje ruch prostopadły to posuw nazywa się poprzecznym.

Siła skrawania - nazywa się taką siłę, z jaką ostrze narzędzia oddziałuje na materiał skrawany w celu oddzielenia od niego wióra. Siłę skrawającą F można rozłożyć na trzy wzajemnie prostopadłe siły składowe:

-          siłę obwodową lub siłę styczną skrawania (główna siła skrawania),

-          siłę posuwową lub poosiową skrawania,

-          siłę odporową lub pionową skrawania.

BUDOWA I RODZAJE NOŻY TOKARSKICH

Najbardziej typowym i najczęściej używanym w obróbce skrawaniem narzędziem jest nóż tokarski.

Nóż tokarski składa się z dwu zasadniczych części: trzonka (chwytu) i części roboczej.

Część chwytająca służy do ustawienia położenia narzędzia względem obrabiarki i jego zamocowania w imaku tokarki. Natomiast część robocza narzędzia obejmuje elementy konstrukcyjne, związane bezpośrednio z pracą narzędzia.

Poszczególne elementy części noża to:

-          powierzchnia natarcia,

-          powierzchnia przyłożenia,

-          główna powierzchnia przyłożenia,

-          pomocnicza powierzchnia przyłożenia.

Ostrze - jest to część narzędzia ograniczona powierzchniami natarcia i przyłożenia.

Krawędź skrawająca - stanowi linię przecięcia powierzchni natarcia i przyłożenia. Rozróżnia się skrawającą krawędź główną i pomocniczą.

Naroże - jest to punkt ostrza narzędzia w miejscu przecięcia się krawędzi skrawającej głównej z pomocniczą.

Rodzaje noży tokarskich:

ü      noże zdzieraki i wykańczaki – Noże zdzieraki służą do obróbki zgrubnej i odznaczają się masywną budową. Mogą być proste lub wygięte oraz lewe i prawe. Noże wykańczaki są stosowane do obróbki dokładnej i wykańczającej. Zdejmują one cienką warstwę materiału i nie są tak masywne jak zdzieraki.

ü      Noże odsadzone - mogą być lewe, prawe i obustronne. W nożach lewych i prawych część robocza jest przesunięta w kierunku kciuka lub prawej ręki. Natomiast w nożu odsadzonym obustronnie część robocza jest węższa od chwytu (trzonka) i względem niego jest odsadzona symetrycznie.

ü      Noże oprawkowe - noże te charakteryzują się małymi wymiarami chwytów. Są mocowane w oprawce nożowej i dopiero wtedy w suporcie.

ü      Noże zwykłe i kształtowe – w nożach kształtowych zarys krawędzi jest taki jaki ma być zarys części wykańczanej tym nożem. Nóż wykonuje ruch prostopadły do osi obrabianego przedmiotu.

ü      Noże jednolite - zgrzewane oporowo lub z nakładanymi płytkami są wykonywane z węglowej stali narzędziowej lub ze stali węglowej albo stopowej.

Noże tokarskie do toczenia stali, żeliwa, stopów lekkich i materiałów nieżelaznych mogą mieć część roboczą z nakładaną płytką z węglików spiekanych, a także z materiałów metaloceramicznych. Zaletą ich jest znaczna wydajność, a wadą - znaczna kruchość.

OGÓLNA BUDOWA TOKAREK

Tokarka jest obrabiarką skrawającą stosowaną do toczenia przedmiotów. Poza toczeniem można wykonywać operacje: wytaczania, wiercenia, rozwiercania, przecinania, radełkowania, a z użyciem dodatkowych przyrządów również frezowania i szlifowania.

Podstawowym rodzajem tokarki jest tokarka kłowa, umożliwiająca zamocowanie przedmiotu obrabianego w kłach znajdujących się we wrzecionie i w koniku. Wrzeciono jest napędzane silnikiem elektrycznym za pośrednictwem przekładni zębatych, które nadają przedmiotowi obrabianemu różne prędkości obrotowe, zależnie od wymagań prędkości skrawania i średnicy przedmiotu. Nóż zamocowany w imaku może się przesuwać razem z suportem wzdłuż prowadnic łoża (przesuw wzdłużny) oraz poprzecznie względem osi wrzeciona (przesuw poprzeczny). Niezależnie od tego możliwe jest ręczne przesuwanie górnych sań narzędziowych, co wykorzystuje się do ustawienia noża względem przedmiotu oraz do toczenia krótkich przedmiotów. Mechanizm posuwu noża tokarskiego uzyskuje się od skrzynki posuwów za pośrednictwem wałka pociągowego (przy toczeniu wzdłużnym i poprzecznym) lub śruby pociągowej (przy toczeniu gwintów). Ruch obrotowy jest przenoszony z wrzeciona na przedmiot obrabiany za pomocą zabieraka lub uchwytu szczękowego.

Wśród tokarek rozróżnia się:

1)     Tokarki stołowe – ustawiane na stole, przeznaczone do obróbki małych przedmiotów.

2)     Tokarki produkcyjne – bez śruby pociągowej, umożliwiające wykonywane wszelkich robót tokarskich za wyjątkiem gwintowania.

3)     Tokarki pociągowe – wyposażone w wałek pociągowy i śrubę pociągową, która umożliwia nacinanie gwintu.

4)     Tokarki ciężkie – stosowane w różnych gałęziach przemysłu ciężkiego.

Do grupy tokarek zalicza się również: karuzelówki, rewolwerówki, półautomaty i automaty tokarskie, zataczarki, tokarko-kopiarki, oraz tokarki specjalne branżowe do wykonywania z góry ustalonych zadań.

TOKARKI POCIĄGOWE

Jedną z bardziej rozpowszechnionych tokarek w polskiej produkcji przemysłowej jest tokarka pociągowa. Można na niej wykonywać, oprócz wielu innych robót, nacinanie gwintów.

BUDOWA TOKARKI POCIĄGOWEJ

Na jednym końcu łoża wyposażonego w prowadnice znajduje się wrzeciennik, a na drugim końcu jest umieszczony konik. Z boku łoża znajduje się śruba pociągowa, wałek pociągowy, zębatka oraz skrzynka posuwów, przenosząca napęd z wrzeciennika na suport. Na prowadnicach łoża mogą się przesuwać sanie wzdłużne suportu za pomocą śruby pociągowej. Na saniach wzdłużnych są umieszczone sanie poprzeczne, a na nich obrotnica. Obrotnica służy do ustawienia pod dowolnym kątem sań narzędziowych wyposażonych w imak narzędziowy. We wrzecienniku znajdują się mechanizmy przenoszące napęd z silnika na wrzeciono tokarki. Na wrzecionie jest umieszczony uchwyt szczękowy wyposażony w cztery szczęki do zamocowania materiału podczas obróbki. Typowym uchwytem jest uchwyt trzyszczękowy samocentrujący. Wrzeciono tokarki jest wykonane w kształcie wałka z otworem przelotowym zakończonym stożkowo. W stożek ten wciska się kieł, który wraz z kłem konika ustala niekiedy materiał podczas toczenia. Łoże tokarki jest ustawione na dnie blaszanej wanny i wraz z nią jest przymocowany do podstawy.

Tokarka jest napędzana za pomocą silnika elektrycznego umieszczonego w podstawie, który przez wałek i przekładnię przenosi napęd na wrzeciennik. Ruch obrotowy z wrzeciennika jest przenoszony następnie za pomocą przekładni zębatej na przekładnię skrzynki przesuwów. Uruchomienie kierunku obrotu umożliwiają dźwignia i wałek.

Ze względu na bezpieczeństwo obsługi przekładnie są osłonięte osłonkami. Do pompowania cieczy chłodząco-smarującej służy pompa.

Wielkość tokarki kłowej jest określona rozstawem kłów, oraz największą średnicą przedmiotu toczonego w uchwycie lub w kłach.

Łoże tokarki

- jest wykonane jako żeliwny odlew w kształcie 2 belek i 2 usztywnionych żebrami. Górna część łoża to prowadnice suportu oraz konika. Na płaskiej części osadza się wrzeciennik. Suport więc przesuwa się po prowadnicach zewnętrznych, a konik po prowadnicach wewnętrznych (prowadnice są utwardzone i mają strukturę żeliwa białego).

Wrzecienniki tokarki

- wrzeciennikiem nazywa się zespół konstrukcyjny obrabiarki, w którym jest ułożyskowane wrzeciono. Zwykłe we wrzecienniku są umieszczone również przekładnie do zmiany prędkości obrotowej wrzeciona oraz niezbędne mechanizmy sterujące. W zależności od rodzaju obrabiarki rozróżnia się wrzecienniki: tokarek, wiertarek, frezarek, szlifierek itp.

Wrzeciono

- wrzecionem nazywa się część obrabiarki w postaci wału, na którym osadza się uchwyt do zamocowania przedmiotu obrabianego np.: w tokarce lub narzędzia np.: we frezarce. Wrzeciono to podstawowa część robocza w obrabiarkach o ruchu roboczym obrotowym. Przednia część zwana końcówką jest przystosowana do zakładania uchwytów i narzędzi.

Konik

- jest to zespół tokarki (lub szlifierki) służący do podpierania obrabianych przedmiotów w postaci wałków ustawianych jednym końcem we wrzecionie. W wysuwanej tulei konika jest osadzony kieł, na którym wspiera się obrabiany przedmiot. Konik, osadzony na prowadnicach wewnętrznych łoża tokarki, może być wzdłuż nich przesuwany i ustalany w dowolnym miejscu łoża za pomocą rękojeści.

Suport

- zespół konstrukcyjny tokarki wykonujący  zwykle prostoliniowe ruchy posuwowe w jednym lub dwóch kierunkach. Na suporcie mocuje się narzędzie skrawające, przeważnie noże. Podstawowymi częściami suportu są przesuwające się po prowadnicach sanie. Zależnie od kierunku przesuwu względem części obrabiarki wykonującej ruch główny wyróżnia się sanie wzdłużne i poprzeczne. 

Skrzynkę suportową mocuje się na saniach wzdłużnych suportu. Jest ona wyposażona w zespół mechanizmów, które umożliwiają przenoszenie napędu od śruby pociągowej lub wałka pociągowego na sanie wzdłużne lub poprzeczne suportu.

Nawrotnica (przekładnia nawrotna)

- umożliwia ona zmianę kierunku ruchu człowieka biernego przy stałym kierunku człona czynnego. Zmiany kierunku ruchu uzyskuje się przez włączanie różnych części przekładni. Włączanie tych części może następować przez przesuwanie kół zębatych. W tokarkach nawrotnica służy do zmiany kierunku ruchu przesuwu mechanicznego sań wzdłużnych i poprzecznych bez zmiany kierunku obrotów wrzeciona. Nawrotnica jest umieszczona zazwyczaj wewnątrz korpusu wrzeciennika. Nowoczesne tokarki są wyposażone w nawrotnice z kołami zębatymi przesuwnymi.

Koła zmianowe

- między nawrotnicą, a skrzynką posuwów na zewnątrz korpusu są umieszczone koła zębate osłonięte osłoną zabezpieczającą. Koła te nazywają się kołami zmianowymi. Tokarka jest wyposażona w zestaw kół zmianowych, które można dobierać zależnie od tego jakie chce się otrzymać przełożenie między wrzecionem a suportem, co jest ważne przy nacinaniu na tokarce gwintów za pomocą noża.

Skrzynka posuwów

- współczesne tokarki pociągowe oprócz kół zmianowych, są wyposażone w skrzynki posuwów, które umożliwiają szybką zmianę wartości przełożenia. Spotyka się kilka odmian mechanizmów przekładniowych stosowanych w skrzyniach posuwów tokarki. Najczęściej stosowaną odmianą jest przekładnia Nortona.

Imaki

- jest to przyrząd do zamocowania narzędzi skrawających, przeważnie noży. Imak jest zakładany na obrabiarkę lub stanowi jej część. Zależnie od liczby noży zamocowanych w jednym imaku rozróżnia się imaki jednonożowe i wielonożowe. Nóż w imaku umocowuje się w sposób pewny i dostatecznie sztywny. Nie może on wystawać z imaka na odległość większą niż 1,5 wysokości trzonka.

MOCOWANIE PRZEDMIOTU OBRABIANEGO

Urządzenia do mocowania przedmiotów dzieli się na: tarcze zabierakowe, zabieraki, uchwyty tokarskie samocentrujące, tarcze tokarskie, podtrzymki.

Kły tokarskie dzieli się na zwykłe i obrotowe. Służą one do mocowania długich wałków. Zamocowanie wałka w kłach wymaga jeszcze dalszych przyrządów, do których zalicza się tarczę zabierakową i zabierak. Aby zapobiec uginaniu się wałka pod jego własnym ciężarem, długie wałki obrabiane w kłach podpiera się w połowie długości podtrzymką stałą przymocowana do łoża tokarki lub podtrzymką ruchomą umocowaną na suporcie.

Uchwyty tokarskie służą do szybkiego mocowania przedmiotu obrabianego współosiowo z wrzecionem. Najczęściej stosowanym uchwytem do mocowania przedmiotów małych i średniej wielkości jest uchwyt samocentrujący spiralny. Składa się on z koła zębatego stożkowego napędzającego i koła talerzykowatego.

Do mocowania większych przedmiotów służą uchwyty samocentrujące zębatkowe. Mechanizm do przesuwania szczęki składa się z koła zębatego, trzech zębatek stycznych oraz trzech szczęk.

Mocowanie przedmiotów o kształtach nieregularnych oraz przedmiotów dużych odbywa się za pomocą tarcz tokarskich czteroszczękowych.

W nowoczesnych tokarkach są stosowane uchwyty pneumatyczne oraz hydrauliczno–pneumatyczne.

TOKARKO-KOPIARKA

-Stanowi ona rodzaj tokarki do nadawania obrabianemu przedmiotowi kształtu według wzornika sterującego za pośrednictwem urządzenia kierującego ruchami noża. Rozróżnia się tokarko-kopiarki kłowe do toczenia w kłach wałków stopniowych, stożków, wałków o tworzącej krzywoliniowej i innych oraz tokarko-kopiarki uchwytowe przeznaczone do toczenia krótkich przedmiotów o złożonych kształtach, mocowanych w uchwycie.

W tokarko-kopiarce używa się głównie urządzeń kopiujących hydraulicznych, elektrycznych i elektrohydraulicznych. Najbardziej rozpowszechnione są hydrauliczne urządzenia kopiujące.

RADEŁKOWANIE

- Radełkowanie (czyli moletowanie), stanowi zabieg obróbkowy wykonywany na tokarkach lub automatach tokarskich za pomocą drobno uzębionej na obwodzie rolki (radełka). Przedmiot obrabiany obraca się, a umocowane w oprawce radełko dociskane w kierunku poprzecznym, toczy się po wygniatanej powierzchni, pozostawiając na niej odcisk wykonanego na radełku wzoru w postaci rowów prostych lub krzyżowych.

FREZOWANIE

...