Techniki wytwarzania Projektowanie procesów technologicznych

Transkrypt

Jerzy Z. Sobolewski (red.),
Przemysław Siemiński, Janusz Sobieszczański
Techniki wytwarzania
projektowanie procesów technologicznych
Warszawa 2012
Politechnika Warszawska
Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych
Kierunek studiów "Edukacja techniczno informatyczna"
02-524 Warszawa, ul. Narbutta 84, tel. (22) 849 43 07, (22) 234 83 48
ipbmvr.simr.pw.edu.pl/spin/, e-mail: [email protected]
Opiniodawca: dr inż. Piotr SKAWIŃSKI
Projekt okładki: Norbert SKUMIAŁ, Stefan TOMASZEK
Projekt układu graficznego tekstu: Grzegorz LINKIEWICZ
Skład tekstu: Magdalena BONAROWSKA
Publikacja bezpłatna, przeznaczona dla studentów kierunku studiów
"Edukacja techniczno informatyczna"
Copyright © 2012 Politechnika Warszawska
Utwór w całości ani we fragmentach nie może być powielany
ani rozpowszechniany za pomocą urządzeń elektronicznych, mechanicznych,
kopiujących, nagrywających i innych bez pisemnej zgody posiadacza praw
autorskich.
ISBN 83-89703-97-1
Druk i oprawa: STUDIO MULTIGRAF SP. Z O.O.,
ul. Ołowiana 10, 85-461 Bydgoszcz
Spis treści
Wstęp...................................................................... 5
1. Projektowanie odlewów i odkuwek ................... 7
1.1 Rodzaje półfabrykatów.................................................................. 8
1.2 Projektowanie odlewów ................................................................ 9
1.3 Projektowanie odkuwek .............................................................. 16
1.4 Literatura ..................................................................................... 28
2. Metodyka projektowania technologicznego .... 29
2.1. Zasady podziału procesu technologicznego ............................... 30
2.2. Dokumentacja technologiczna.................................................... 37
2.3. Naddatki na obróbkę................................................................... 38
2.4. Dobór baz obróbkowych ............................................................ 46
2.5. Normowanie czasu ..................................................................... 51
2.6. Technologia obróbki zewn. powierzchni walcowych ................ 56
2.7. Technologia obróbki otworów.................................................... 65
2.8. Technologia obróbki powierzchni płaskich................................ 69
2.9. Literatura .................................................................................... 84
3. Programowanie obróbki na tokarki
i frezarki CNC ................................................... 85
3.1. Wstęp.......................................................................................... 86
3.2. Programowanie tokarek CNC..................................................... 90
3.3. Programowanie frezarek CNC.................................................. 111
3.4. Literatura .................................................................................. 132
4. Dobór narzędzi i parametrów skrawania ....... 135
4.1. Wskazania podstawowe. Materiały narzędziowe ..................... 136
4.2. Dobór narzędzi i parametrów skrawania przy toczeniu ........... 140
4.3. Dobór narzędzi i parametrów skrawania przy wierceniu,
rozwiercaniu i pogłębianiu....................................................... 161
4.4. Frezowanie ............................................................................... 167
4.5. Szlifowanie ............................................................................... 175
4.6. Literatura .................................................................................. 183
Wstęp
Niniejsze materiały zostały opracowane w ramach realizacji Programu
Rozwojowego Politechniki Warszawskiej współfinansowanego przez
Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego PROGRAM OPERACYJNY KAPITAŁ LUDZKI. Przeznaczone są dla
studentów kierunku EDUKACJA TECHNICZNO INFORMACYJNA na
Wydziale Samochodów i Maszyn Roboczych Politechniki Warszawskiej.
Niniejsze opracowanie przygotowano dla przedmiotu pt. „Techniki
wytwarzania – projektowanie procesów technologicznych”. Jego zawartość merytoryczna w pełni odpowiada zakresowi opisanemu w sylabusie opracowanym dla tego przedmiotu.
Całość opracowanych materiałów dydaktycznych dla ww. przedmiotu
zawarta została w 4. rozdziałach:
•
Rozdział 1, autorstwa Jerzego Sobolewskiego, został poświęcony projektowaniu odlewów i odkuwek.
•
W rozdziale 2 przedstawiono podstawy obróbki skrawaniem,
opisano najważniejsze dokumenty technologiczne oraz
technologię obróbki powierzchni walcowych, płaskich
i otworów. Jego autorem jest Janusz Sobieszczański.
•
Rozdział 3, autor – Przmysław Siemiński, został poświęcony zagadnieniom wspomaganego komputerowo programowania frezarek i tokarek CNC – przykład zastosowanie
systemów CAM.
•
W rozdziale 4 przedstawiono podstawowe wskazania do
doboru parametrów skrawania i narzędzi dla operacji toczenia, frezowania, wiercenia i szlifowania. Jego autorem jest
Janusz Sobieszczański.
Materiały aktualizujące do przedmiotu będą udostępniane studentom za
pośrednictwem systemu e-learning.
1
Projektowanie
odlewów i odkuwek
W tym rozdziale:
o
o
o
Rodzaje półfabrykatów
Projektowanie odlewów
Projektowanie odkuwek
ROZDZIAŁ 1
1.1. Rodzaje półfabrykatów
Materiały wyjściowe używane do produkcji części maszyn obejmują
różne wyroby hutnicze i surówki wytwarzane w hucie w wydziałach
walcowni i kuźni. Materiały te można podzielić następująco:
•
półfabrykaty z materiałów hutniczych,
•
odlewy,
•
odkuwki,
•
półfabrykaty otrzymane metodą obróbki plastycznej na
zimno (wykroje, wytłoczki),
•
kształtki i wypraski z proszków metali, proszków metalowoceramicznych i tworzyw sztucznych,
•
półfabrykaty spawane, zgrzewane i lutowane.
O doborze materiału i rodzaju surówki decyduje w zasadzie konstruktor,
określając je na rysunkach konstrukcyjnych i w warunkach technicznych, jakim gotowa część ma odpowiadać. Przy doborze surówek konstruktor powinien się konsultować z technologiem ponieważ projektując
wyroby i dobierając półfabrykaty należy kierować się kosztem wykonania zależnym od wielkości produkcji (np. przy produkcji jednostkowej
stosuje się najczęściej półfabrykaty spawane, przy seryjnej odlewane lub
kute). Jedynie duże skale produkcji uzasadniają zastosowanie wysokowydajnych metod wytwarzania surówek, pozwalających uzyskiwać surówki bardzo dokładne przy użyciu kosztownych matryc form czy tłoczników. Materiały zawarte w rozdziale 1 dotyczą głównie projektowania
odlewów z żeliwa szarego dla odlewania w formie piaskowej i odkuwek
matrycowych kutych na prasach i młotach. Są to, oprócz części spiekanych i tworzyw sztucznych, najczęściej stosowane półfabrykaty stosowane w produkcji seryjnej maszyn oraz dla formowania skorupowego
UWAGA!
Ważnym problemem jest dostosowanie dotychczas używanych
symboli stali do oznaczeń unijnych.
Strona 8
PROJEKTOWANIE ODLEWÓW I ODKUWEK
1.2. Projektowanie odlewów
Rysunek surowego odlewu
Podstawowym dokumentem do opracowania dokumentacji technologicznej, zwłaszcza do opracowania wymiarów modelu i rdzeni oraz do
kontroli odbioru modelu i wykonanego odlewu jest rysunek surowego
odlewu. Podstawą do wykonania tego rysunku jest rysunek części odlewanej (rysunek 1.1). W zależności od materiału części i związanej
z wielkością produkcji metody odlewania rysunki surowego odlewu
mogą się znacznie różnić. W podanym przykładzie dla celów dydaktycznych przyjmuje się, że część przedstawiona na rysunku 1.1 jest wykonana z żeliwa szarego (EN-GJL-250).
Rysunek 1.1. Rysunek części (piasta sprzęgła)
Sposób tworzenia surowego odlewu jest szczegółowo opisany w podręczniku Techniki Wytwarzania, część 1. Odlewnictwo. Na rysunku surowego odlewu powinny być podane najważniejsze informacje i oznaczenia:
a. dane rozpoznawcze i oznaczenie gatunku materiału odlewu,
Strona 9
ROZDZIAŁ 1
b. tolerancje wymiarowe i naddatki na obróbkę skrawaniem,
c. oznaczenie powierzchni podziału modelu,
d. oznaczenie powierzchni bazowych przy obróbce skrawaniem,
e. naddatki technologiczne,
f.
pochylenia formierskie,
g. chropowatość powierzchni.
Na rysunku 1.2 przedstawiono rysunek surowego odlewu utworzony na
podstawie rysunku 1.1 części odlewanej. Przyjęto założenie, że cześć jest
odlewana w formie piaskowej lub skorupowej. Obrys odlewu przed obróbką zaznaczono linią ciągłą, a linią „-..-" obrys odlewu po obróbce
skrawaniem.
Rysunek 1.2. Rysunek surowego odlewu (piasta sprzęgła) wykonany
na podstawie rysunku 1.1, xxx – powierzchnie bazowe do 1-szej operacji
Wartość tolerancji wymiarowych, naddatków na obróbkę skrawaniem
dla 12 klasy dokładności odlewu (CT12) i stopnia naddatku H podano
w tablicy 1.1.
Strona 10
Tabllica 1.1. Tolerancje dla CT12 i naddatki na obróbkę dla stopnia
naddatku H odlewów (fragment PN-ISO 8062:1997)
Wymiar podstawowy
Pole
surowego odlewu
tolerancji
[mm]
odlewu [mm]
Największy wymiar
odlewu po obróbce
[mm]
10
16
do
(włącznie)
10
16
25
25
40
63
40
63
100
5
5,6
6
100
160
250
160
250
400
100
160
250
160
250
400
7
8
9
400
630
630
1000
powyżej
Naddatki na
obróbkę
skrawaniem
RMA [mm]
40
63
do
(włącznie)
40
63
100
0,7
1
2
3
4
5
CT12
powyżej
4,2
4,4
4,6
H
6
7
Norma PN-ISO 8062:1997 podaje tylko tolerancje dla odlewów wykonanych do form piaskowych formowanych ręcznie i maszynowo oraz dla
formowania skorupowego
UWAGA!
Wymiar podstawowy jest to wymiar surowego odlewu przed
obróbką skrawaniem (zawierający niezbędny naddatek na obróbkę skrawaniem). Tolerancje odlewu zależą od wymiarów
podstawowych surowego odlewu i powinny być symetryczne.
Wymagany naddatek na obróbkę skrawaniem obowiązuje dla
całego surowego odlewu w zależności od największego wymiaru
odlewu po obróbce skrawaniem. Dopuszcza się zwiększenie
naddatków na górnej powierzchni odlewu do 50% wartości
podanych w tablicach.
Na rysunku przyjęto tolerancję wymiarową dla 12 klasy wykonania
(CT12), wielkość naddatku na obróbkę (dla największego wymiaru odlewu F=90) RMA=2mm (ang. Required Machining Allowance). Poszczególne wymiary powierzchni odlewu (przed obróbką skrawaniem)
oblicza się w zależności od tego, czy obrabiana powierzchnia jest zewnętrzna czy wewnętrzna:
•
dla wymiaru zewnętrznego (obie powierzchnie obrabiane):
R = F + 2 ⋅ RMA + CT 2
(1.1)
Strona 11
ROZDZIAŁ 1
•
dla wymiaru zewnętrznego (jedna powierzchnia obrabiana,
druga surowa):
R = F + RMA + CT 2
•
(1.2)
dla wymiaru wewnętrznego (otwór obrabiany):
R = F − 2 ⋅ RMA − CT 2
(1.3)
gdzie:
R – wymiar podstawowy surowego odlewu,
F – wymiar końcowy po obróbce skrawaniem,
RMA – wymagany naddatek na obróbkę skrawaniem,
CT – tolerancja wymiaru odlewu.
Przykład obliczania:
dla wymiaru Ø55h9; R=55+2·2+0,5·5,6=61,8 mm, wg (1.1),
dla wymiaru 42; R=42+1·2+1·3+0,5·5,6=49,8 mm, wg (1.1),
dla wymiaru Ø 90; R=90+2·2+0,5·6=97mm, wg (1.1),
dla wymiaru 7; R=7+1·3+0,5·4,2=12,1mm, wg (1.2),
dla wymiaru Ø 42H7; R=42-2·2-0,5·5=35,5 mm, wg (1.3).
UWAGA!
Przy obliczaniu wymiaru surowego odlewu dla wymiaru F=42
uwzględniono zwiększony o 50% (RMA=3) naddatek na obróbkę na górnej powierzchni odlewu. Ponadto, uwzględniając
powierzchnie bazowe do 1 operacji (oznaczone xxx) podano
jako istotny wymiar odległości jednej z tych baz od dolnej powierzchni odlewu.
Zasady konstruowania odlewów
Przy konstruowaniu odlewów należy uwzględnić funkcję, jaką odlew
ma spełniać w maszynie. Projektant powinien przeanalizować konstrukcję pod względem wytrzymałości i sztywności, zależnych od rodzaju
stopu odlewniczego, trudności wykonania modelu, formy, rdzenia,
Strona 12
możliwości występowania wad odlewniczych, łatwości i kosztów obróbki mechanicznej oraz właściwego doboru metody odlewania. Powinno się rozważyć korzyści, które mogą wynikać z podzielenia dużego,
skomplikowanego odlewu na kilka odlewów mniejszych, oraz przeprowadzić rachunek kosztów (łączny koszt materiałów, odlewania i obróbki mechanicznej) i na tej podstawie rozważyć ewentualne korzyści,
które mogą wynikać z zastąpienia odlewu częścią spawaną, kutą, tłoczoną, spiekaną z proszku lub wykonaną z masy plastycznej.
Charakterystyczną cechą materiałów odlewniczych jest niejednorodność
ich struktury i niejednorodność właściwości mechanicznych w grubych
i cienkich przekrojach, oraz z góry i na dole odlewu. Jedną z podstawowych zasad przy konstrukcji odlewów jest zachowanie możliwie równej
grubości ścian oraz unikanie miejscowych zgrubień odlewu. Przejścia
między grubymi i cieńszymi przekrojami powinny być łagodne, zaokrąglenia należy wykonywać z odpowiednio dużymi promieniami.
Dobór materiałów na odlewy należy przeprowadzać głównie według
dwóch rodzajów wskaźników:
•
wskaźników właściwości wytrzymałościowych E, Rm, Rc, Rg
itp.,
•
wskaźników właściwości mechanicznych, jak: moduł
sprężystości, wydłużenie, udarność, twardość, zdolność
tłumienia drgań itp.
Wytrzymałość na rozciąganie Rm jest podstawą klasyfikacji żeliwa szarego. Wraz ze wzrostem wytrzymałości następują niekorzystne zmiany
innych właściwości: zmniejsza się zdolność tłumienia drgań, skrawalność, powiększa się skurcz odlewniczy itp. Moduł sprężystości na rozciąganie E zależy głównie od ilości i postaci wydzieleń grafitu (wzrasta
ze zmniejszeniem się ilości grafitu i dla grafitu w postaci kuleczek - żeliwo sferoidalne). Żeliwo sferoidalne charakteryzuje się stosunkowo
dużą wytrzymałością zmęczeniową, może więc być stosowane na odpowiedzialne części maszyn jak: wały korbowe i wałki rozrządu. W przeciwieństwie do aluminium, żeliwo wykazuje pewną właściwość polegającą na tym, że istnieje takie naprężenie graniczne, poniżej którego materiał nie ulega zmęczeniu (zniszczeniu), niezależnie od ilości cykli.
Ważnym parametrem dla odlewów samochodowych, jest wytrzymałość
w podwyższonej temperatrze. Wytrzymałość właściwa (w przeliczeniu
na jednostkę masy) żeliwa sferoidalnego w temperaturze powyżej 200ºC
przewyższa w sposób gwałtowny wytrzymałośc stopów aluminium. ZaStrona 13
ROZDZIAŁ 1
tem, jeśli chodzi o zastosowanie w wysokiej temperaturze (np. części
silnikowych) wybór żeliwa sferoidalnego jest lepszy niż stopów Al. [3].
Wytrzymałość na ściskanie Rc przyjmuje w stosunku do wytrzymałości
na rozciąganie bardzo duże wartości (Rc dla żeliwa jest większa niż dla
staliwa przy dwukrotnie mniejszej Rm). Własność ta powinna być wykorzystywana przez konstruktorów. Przy projektowaniu odlewów o kształcie belek poddawanych zginaniu należy stosować przekroje niesymetryczne w stosunku do osi obojętnej, tak aby powierzchnia przekroju
ściskanego była mniejsza od powierzchni przekroju rozciąganego (lepsze
wykorzystanie materiału - rysunek 1.3).
Rysunek 1.3. Konstrukcja wspornika obciążonego silą poziomą (1)
i haka obciążonego silą pionową (2) [6]: a) błędna, b) poprawna
Budowa odlewu powinna być zwarta, a wymiary obrysu odlewu powinny być możliwie małe. Ze względu na łatwość obróbki mechanicznej modeli rdzennic pożądane jest, ażeby zarówno zewnętrzna jak i wewnętrzna część obrysu odlewu miały kształt prawidłowych figur geometrycznych, łatwych do uzyskania na obrabiarkach powszechnego
zastosowania.
Kształt odlewu nie powinien zmuszać do stosowania więcej niż jednej
powierzchni podziału formy i modelu lub do stosowania zawiłej, kształtowej powierzchni podziału formy. Ponadto płaska powierzchnia podziału pozwala na uproszczenie obróbki modelu i rdzennic oraz ułatwienie formowania i składania formy. Zmianę kształtu odlewu można
jednak przeprowadzić po analizie wymiarów odlewu tak, by nie zmienić
funkcji jaką ma pełnić w maszynie. Jeżeli założymy (rysunek 1.4), że
wymiarami funkcjonalnymi są wymiary: d, D, D1 i h, to usunięcie dolnego kołnierza tulei D1 (dla D1 < D) pozwoliło na zastosowanie tylko
jednej powierzchni podziału i uniknięcie zewnętrznego rdzenia pierścieniowego. Uzyskano przy tym płaską powierzchnię podziału i odlew nie
Strona 14
dzielony, mieszczący się całkowicie w jednej połówce formy. W takim
przypadku nie należy przewidywać na rysunku odlewu zaokrągleń jego
krawędzi przy powierzchni podziału.
Rysunek 1.4. Zmiana konstrukcji mająca na celu ułatwienie formowania
[3, 6]: a) część odlewana przed zmianą konstrukcji, b) formowanie
w trzech skrzynkach (dostosowane do konstrukcji a), c) formowanie
(dostosowane do konstrukcji części a) w dwóch skrzynkach z rdzeniem
pierścieniowym, d) część po zmianie konstrukcji, e) formowanie w dwóch
skrzynkach (dostosowane do wersji d)
Konstrukcja odlewów kokilowych
Kokila jest metalową formą wielokrotnego użytku, umożliwiającą wykonanie od kilkuset (dla staliwa), kilku tysięcy (dla żeliwa) do kilkudziesięciu tysięcy (dla stopów lekkich) odlewów. Odlewanie kokilowe stosuje się powszechnie do stopów lekkich. Odlewanie w kokilach żeliwa
i staliwa jest znacznie rzadziej stosowane (żeliwa przeciętnie 10%, a staliwa 1%), przy czym powierzchnie wewnętrzne odtwarza się za pomocą
rdzeni piaskowych. Konstrukcja odlewów kokilowych jest podobna, jak
dla odlewów piaskowych, jednak dokładność wymiarowa i gładkość
powierzchni tych odlewów jest znacznie większa. Zastosowanie kokil
pozwala na zmniejszenie kosztów odlewów o 20÷40% w porównaniu
z odlewami z form piaskowych. Ważniejsze parametry konstrukcyjne
odlewów kokilowych zestawiono w tabeli 1.2.
Strona 15
ROZDZIAŁ 1
Tabela 1.2. Dane konstrukcyjne odlewów kokilowych
Rodzaj stopu
Minimalne pochylenia ścian
wewnętrznych, % wysokości
Aluminium
Magnez
Mosiądz
Żeliwo
Staliwo
0,5÷1,0
0,5÷1,0
0,8÷1,7
1,75
1,75÷2,5
Minimalne pochylenia ścian
wewnętrznych, (dla rdzeni
metalowych) % wysokości
1,5÷3,0
1,5÷3,0
1,5÷3,0
-
-
Minimalna grubość nie
obrabianej ściany odlewu, mm
2,5÷4,0
3,0÷4,5
2,5÷4,0
3
3
Promienie zaokrągleń
krawędzi i przejść, mm
1
1,5
1,5
3
3
Minimalna średnica otworów,
mm
8
8
10
10
15
1.3. Projektowanie odkuwek
W zależności od kształtu i rodzaju narzędzi stosowanych w procesie
technologicznym kucia, odkuwki można podzielić na kute swobodnie i
matrycowane. Sposób doboru naddatków na obróbkę mechaniczną oraz
dopuszczalne odchyłki wymiarowe odkuwek kutych swobodnie zamieszono w PN-86/H-94101. W tym rozdziale zostaną omówione zagadnienia dotyczące głównie projektowania i doboru tolerancji odkuwek stalowych matrycowanych kutych na młotach i prasach. Doboru tolerancji
dokonuje się na podstawie normy PN-EN 10243-1: 1999 dla odkuwek
wykonywanych na gorąco ze stali węglowej i ze stali stopowej. Rozróżnia się dwie klasy tolerancji:
•
klasę kucia F, zapewniającą odpowiednią dokładność dla
większości zastosowań;
•
klasę kucia E, nazwanej zacieśnioną - zaleca się ją stosować
tylko dla przypadków ekonomicznie uzasadnionych np.
jeżeli jej stosowanie powoduje zmniejszenie się liczby
operacji obróbki skrawaniem.
Kucie matrycowe polega na kształtowaniu odkuwki w tzw. wykrojach
matrycy. Typowa matryca składa się z części górnej przymocowanej do
bijaka młota, wykonując z nim ruchy posuwisto-zwrotne i nieruchomej
części dolnej. Przy kuciu w tzw. matrycy otwartej, nadmiar materiału
Strona 16
wydostaje się przez szczelinę miedzy matrycami tworząc tzw. wypływkę
(rysunek 1.5).
Rysunek 1.5. Proces kucia w jednowykrojowej matrycy: 1- matryca
górna, 2 – matryca dolna, 3 – materiał wsadowy, 4 – odkuwka,
5 – wypływka
Przy kuciu na młotach nie można otrzymywać odkuwek z otworami
przelotowymi. Zarówno wypływka jak i otwór zostaje następnie wycięte
na gorąco (bezpośrednio po kuciu) w okrojniku (rysunek 1.6).
Rysunek 1.6. Zasada działania okrojnika jednoczesnego do okrawania
wypływki i wycinania denka [7]: A - położenie początkowe, B – położenie
po obcięciu wypływki i wycięciu denka, 1– odkuwka, 2 – wypływka,
3 – denko, 4 – stempel górny do obcinania wypływki, 5 - płyta
obcinająca, 6 – stempel dolny do wycinania denka, h1 – wysokość
odkuwki, δ1, 2 – luzy między częściami roboczymi
Strona 17
ROZDZIAŁ 1
Rysunek odkuwki
Za podstawę konstrukcji wykroju wykańczającego matrycy służy rysunek odkuwki, który sporządza się na podstawie rysunku gotowego
przedmiotu. W celu określenia tolerancji stosowanych do odkuwki matrycowanej, oprócz wymiarów odkuwki należy znać następujące dane:
a. masę odkuwki
b. kształt linii podziału matrycy,
c. kategorię użytej stali,
d. wskaźnik zwartości kształtu,
e. typy wymiarów.
Ad a) Masę odkuwki oblicza się z objętości przyjmując masę właściwą
dla stali ρ=7,85 g/cm3.
Ad b) Projektowanie odkuwki należy rozpocząć od doboru płaszczyzny
podziału odkuwki, odpowiadającej płaszczyźnie podziału matryc. Linia
podziału matryc może być prosta, symetryczna lub asymetryczna. Od linii podziału zależy wielkość pozostałości wypływki i przesadzenia odkuwki.
Ad c) Kategoria ta uwzględnia trudniejsze kształtowania stali o wysokiej
zawartości węgla lub stali wysokostopowej powodującej większe zużycie matryc niż w przypadku stali o niższej zawartości węgla i dodatków
stopowych. Stopień trudności materiałowej zależy składu chemicznego
materiału. Rozróżnia się dwie kategorie trudności materiałowej:
•
M1: stale o zawartości węgla do 0,65% i w których suma
procentowa zawartości składników stopowych (Mn, Ni, Cr,
Mo, V, W) nie przekracza 5% masy;
•
M2: stale o zawartości węgla powyżej 0,65% zawartości
węgla lub w których suma procentowa zawartości
składników stopowych (Mn, Ni, Cr, Mo, V, W) przekracza
5% masy.
Ad d) W celu określenia stopnia trudności wykonania wynikającego ze
zwartości kształtu należy obliczyć wskaźnik zwartości kształtu S, określony stosunkiem masy odkuwki do masy bryły opisanej na maksymalnych wymiarach tej odkuwki (rysunek 1.7):
Strona 18
S=
m
mb
(1.4)
gdzie: m - masa odkuwki, mb - masa bryły opisanej na tej odkuwce [kg].
Bryła odkuwki obrotowej jest walcem opisanym na odkuwce a bryła
odkuwki nieobrotowej jest prostopadłościanem opisanym na odkuwce
(rysunek 1.7).
Rysunek 1.7. Wyznaczanie bryły opisanej na odkuwce
Rozróżnia się cztery stopnie trudności wykonania, zostały one podane
w tabeli 1.3.
Tabela 1.3. Stopnie trudności wykonania (zależne od zwartości kształtu
odkuwek) wg EN 10243-1
Wskaźnik zwartości kształtu S
Oznaczenie stopnia trudności
wykonania
0,63 < S ≤ 1
S1
0,32 < S ≤ 0,63
S2
0,16 < S ≤ 0,32
S3
S ≤ 0,16
S4
W przypadku odkuwek cienkich tarcz lub cienkich kołnierzy kutych pod młotami
i prasami przy stosunku grubości kołnierza lub minimalnej grubości tarczy e do
maksymalnej średnicy odkuwki d poniżej 0,2 (e/d ≤ 0,2) należy przyjmować stopień
trudności S4.
Ad e) Rozróżnia się cztery główne typy wymiarów. Zależą one od kierunku kucia i podziału matrycy (tabela 1.4).
Strona 19
ROZDZIAŁ 1
Tabela 1.4. Typy wymiarów odkuwki matrycowanej [2]
Wymiary
Kierunek
kucia
Podział
matrycy
Długość l
Szerokość
(średnica) b
prostopadły
Wysokość h
równoległy
(w półmatrycy)
Grubość a
w
powierzchni
podziału
przecina
równoległy powierzchnię
podziału
Tolerancje i odchyłki wymiarów długości, szerokości i wysokości określa się dla wymiarów obrobionego przedmiotu powiększonych o naddatki na obróbkę. Norma EN 10243-1 nie podaje sposobu doboru naddatków. Jednak dla ułatwienia projektowania odkuwek w tabeli 1.5
umieszczono sposób doboru i wartości naddatków (dla odkuwek dawnej
klasy Z) zgodny z nieaktualną normą PN-86/H-94101. Naddatki na obróbkę skrawaniem oraz dopuszczalne tolerancje i odchyłki wymiarowe
zależą od: wymiarów i masy odkuwki, stopnia trudności wykonania wynikającej ze zwartości kształtu i gatunku materiału odkuwki, klasy dokładności wykonania odkuwki.
Tabela 1.5. Jednostronne naddatki na obróbkę odkuwek (dawnej
klasy Z) kutych na młotach i prasach dla wskaźnika trudności
materiałowej M1
Masa części
kg
Powyżej
Wymiary: średnic, grubości, wysokości i długości, mm
powyżej
32
100
160
250
400
do 32
100
160
250
400
630
do
0
0,4
1,2
1,4
1,5
1,5
1,8
2
0,4
1
1,4
1,5
1,5
1,8
2
2,4
1
1,8
1,5
1,5
1,8
2
2,4
2,6
1,8
3,2
1,5
1,8
2
2,4
2,6
2,8
Dopuszczalne odchyłki długości, szerokości i wysokości dla odkuwek
klasy F i trudności wykonania S1 i S2 podano w tabeli 1.6. Dla wymiarów między powierzchniami zewnętrznymi stosuje się odchyłki +2/3;
-1/3 tolerancji (rysunek 1.8), dla wymiarów między powierzchniami weStrona 20
wnętrznymi należy znaki odwrócić, tak aby odchyłki wynosiły +1/3,
-2/3.
Rysunek 1.8. Rozkład tolerancji T i obliczanie wymiarów zewnętrznych
odkuwki: d – średnica odkuwki (powierzchnia nie obrabiana skrawaniem,
ds – średnica odkuwki z uwzględnieniem naddatku na obróbkę n
W tabeli 1.6 nie uwzględniono wielkości przesądzeń i pozostałości wypływek zależnych od masy odkuwki i kształtu podziału matrycy, ich
wartości mieszczą się w podobnym zakresie (0,5-2,8 mm) jak tolerancje.
Tolerancje i odchyłki grubości określają dopuszczalne odchyłki jakiegokolwiek wymiaru grubości odkuwki, tj. wymiaru położonego po obu
stronach matrycy (np. wymiary 9 i 45 z rysunku 1.9).
Strona 21
ROZDZIAŁ 1
Tabela 1.6. Dopuszczalne odchyłki długości, szerokości (średnicy) i
wysokości dla odkuwek klasy F, dla wskaźnika trudności materiałowej
M1 i trudności wykonania S1 i S2
Masa części
[kg]
Wymiary: średnic, grubości,
wysokości i długości [mm]
S1
Wymiary: średnic, grubości,
wysokości i długości [mm]
S2
Powyż.
32
100
160
Powyż.
32
100
160
do 32
100
160
250
do 32
100
160
250
Powyż.
do
0
0,4
0,7
- 0,4
0,8
- 0,4
0,9
- 0,5
1,1
- 0,5
0,8
- 0,4
0,9
- 0,5
1,1
- 0,5
1,2
- 0,6
0,4
1
0,8
- 0,4
0,9
- 0,5
1,1
- 0,5
1,2
- 0,6
0,9
- 0,5
1,1
- 0,5
1,2
- 0,6
1,3
- 0,7
1
1,8
0,9
- 0,5
1,1
- 0,5
1,2
- 0,6
1,3
- 0,7
1,1
- 0,5
1,2
- 0,6
1,3
- 0,7
1,5
- 0,7
1,8
3,2
1,1
- 0,5
1,2
- 0,6
1,3
- 0,7
1,5
- 0,7
1,2
- 0,6
1,3
- 0,7
1,5
- 0,7
1,7
- 0,8
3,2
5,6
1,2
- 0,6
1,3
- 0,7
1,5
- 0,7
1,7
- 0,8
1,3
- 0,7
1,5
- 0,7
1,7
- 0,8
1,9
- 0,9
Tabela 1.7. Dopuszczalne odchyłki grubości dla odkuwek klasy F , dla
wskaźnika trudności materiałowej M1 i trudności wykonania S1 i S2
Masa części
[kg]
Wymiary grubości [mm]
S1
Wymiary grubości [mm]
S2
Powyż.
16
40
63
Powyż.
16
40
63
do 16
40
63
100
do 16
40
63
100
Powyż.
do
0
0,4
0,7
- 0,3
0,7
- 0,4
0,8
- 0,4
0,9
- 0,5
0,7
- 0,4
0,8
- 0,5
0,9
- 0,5
1,1
- 0,5
0,4
1,2
0,7
- 0,4
0,8
- 0,5
0,9
- 0,5
1,1
- 0,5
0,8
- 0,4
0,9
- 0,5
1,1
- 0,5
1,2
- 0,6
1,2
2,5
0,8
- 0,4
0,9
- 0,5
1,1
- 0,5
1,2
- 0,6
0,9
- 0,5
1,1
- 0,5
1,2
- 0,6
1,3
- 0,7
2,5
5
0,9
- 0,5
1,1
- 0,5
1,2
- 0,6
1,3
- 0,7
1,1
- 0,5
1,2
- 0,6
1,3
- 0,7
1,5
- 0,7
3,2
5,6
1,1
- 0,5
1,2
- 0,6
1,3
- 0,7
1,5
- 0,7
1,2
- 0,6
1,3
- 0,7
1,3
- 0,7
1,7
- 0,8
Zaleca się, aby dla każdej odkuwki matrycowanej wszystkie tolerancje
wymiarów grubości były jednolite i określa się je wg największego wymiaru. Odchyłki dla klasy F, trudności materiałowej M1 i trudności wykonania S1 i S2 podane są w tablicy 1.7.
Strona 22
Przykład wykonania rysunku odkuwki
Za podstawę rozważań przyjęto rysunek 1.1, zakładając, ze materiał
części (piasta sprzęgła) wykonany jest ze stali C45. Poglądowy rysunek
odkuwki (rysunek 1.9) podaje wymiary przedmiotu, wielkość naddatków
na obróbkę i tolerancje wykonania. Wymiary długości i szerokości
(średnicy) są równoległe do powierzchni podziału matrycy (np. wymiary
35,5, 58 i 93), wymiary wysokości są prostopadłe do powierzchni podziału i położone po jednej stronie powierzchni podziału (np. wymiary
17 i 21) a wymiary grubości np. wymiar 9 i 45 są położone po obu stronach powierzchni podziału. Dla masy odkuwki m=0,74 kg, wskaźnika
trudności materiałowej M1, stopnia trudności wykonania S2 oraz dla
maksymalnego wymiaru średnicy 90 i maksymalnej grubości 42 naddatek ten jest jednakowy i wynosi 1,5mm (tablica 1.6).
Rysunek 1.9. Rysunek odkuwki (wykonany na podstawie rysunku 1.1
gotowej części), xxx – baza obróbcza do 1-szej operacji
UWAGA!
Naddatków na obróbkę nie podaje się na rysunku odkuwki,
zamieszczono je jedynie dla celów dydaktycznych.
Na rysunku odkuwki powinna być określona późniejsza baza obróbkowa
w celu zapewnienia prawidłowego wymiarowania i kontroli wymiarów
odkuwki (bazę tą oznaczono krzyżykami, podobnie jak na rysunku surowego odlewu).
Strona 23
ROZDZIAŁ 1
Tolerancje prostoliniowości i płaskości oraz i odchyłki wymiarów międzyosiowych podano w tablicy 1.5; stosuje się je niezależnie od pozostałych tolerancji z podziałem na +1/2, -1/2 tolerancji. Odczytuje się je
w zależności od największych długości, szerokości lub odległości
między osiami.
Tablica 1.8. Odchyłki prostoliniowości i płaskości oraz wymiarów
międzyosiowych odkuwek klasy F kutych na młotach prasach
Długość lub
szerokość
odkuwki [mm]
Odległość
między osiami
[mm]
powyżej
100
125
160
200
do 100
125
160
200
250
±0,3
±0,35
±0,4
±0,45
±0,5
powyżej
100
160
200
250
do 100
160
200
250
315
±0,3
±0,4
±0,5
±0,6
±0,8
Zasady konstrukcji odkuwek matrycowanych
Jak już wspomniano, projektowanie odkuwki należy rozpocząć od doboru płaszczyzny podziału odkuwki (która odpowiada płaszczyźnie podziału matryc). Przy kuciu na prasach i młotach podział przebiega przez
przekrój odkuwki o największej powierzchni. Należy dążyć do umieszczenia dna powyżej lub poniżej płaszczyzny podziału. Umieszczone symetrycznie względem płaszczyzny podziału sprzyja nadmiernemu
wpływaniu materiału na zewnątrz wykroju i powoduje jego złe wypełnienie. Najmniejsze grubości dna zależne od wymiarów charakterystycznych odkuwki pokazano na rysunku 1.10a i podano w tabeli 1.9.
Najmniejsza grubość odkuwki nie może być mniejsza od grubości wypływki. W celu zapewnienia prawidłowego płynięcia materiału i wypełnienia wykrojów matrycy należy unikać wysokich i wąskich żeber, zbyt
wielkich wgłębień oraz nagłych i wielokrotnych zmian przekroju.
W miejscach zmian przekroju należy stosować jak największe promienie
zaokrągleń. Szczególnie duże promienie zaokrągleń należy stosować
w miejscach, gdzie płynięcie materiału jest najintensywniejsze, takich
jak występy wykroju w postaci kołnierzy, żeber czopów itp.
Strona 24
Rysunek 1.10. Charakterystyczne wymiary odkuwki: d1, d2 – średnice
odkuwki, h, h1, h2 – wysokości (grubości) odkuwki, g – grubość dna,
g1 - grubość ścianek (żeber), l - długość odkuwki
Najmniejsze grubości ścianek i żeber (g1) zależnie od wysokości odkuwek (h) podano w tabeli 1.10.
Tabela 1.9. Najmniejsze grubości den odkuwek
Najmniejsza grubość g [mm]
Średnia szerokość bs lub
średnica ds mm]
do 25
25,1 ÷ 40
40,1 ÷ 63
63,1 ÷ 100
100,1 ÷ 160
160,1 ÷ 250
250,1 ÷ 400
l
h
lub ≤ 3
bs
ds
l
h
lub 〉3
bs
ds
2
3
5
6
8
12
20
3
4
6
8
10
16
25
Tabela 1.10. Najmniejsze grubości ścian lub żeber odkuwek
Wysokość h1
[mm]
Grubość g1
[mm]
Wysokość h1 [mm]
Grubość g1
[mm]
do 10
10,1 ÷ 16
16,1 ÷ 25
25,1 ÷ 40
3
4
5
8
40,1 ÷ 63
63,1 ÷ 100
100,1 ÷160
12
20
32
Strona 25
ROZDZIAŁ 1
Wartości minimalnych promieni zaokrągleń zależnie od wymiarów
charakterystycznych odkuwki podano w tabl. 1.11.
Tabela 1.11. Najmniejsze promienie zaokrągleń odkuwek
Wysokość
odkuwki
względem
linii
podziałowej
matrycy h1,
Mm
Promień
zaokrąglenia
krawędzi
zewnętrznej r1,
mm
Głębokość
wgłębienia
h2, mm
Do 25
25,1 ÷ 40
40,1 ÷ 63
63,1 ÷ 100
100,1 ÷ 160
160,1 ÷ 250
2
3
4
6
8
10
do 25
25,1 ÷ 40
40,1 ÷ 63
63,1 ÷ 100
100,1 ÷ 160
160,1 ÷ 250
Promień
Promień
zaorkązaokrąglenia
Szerokość lub
glenia
w miejscu
średnica b, d,
dna
zmiany
mm
wgłębień
przekroju r3,
r2, mm
mm
4
6
10
16
25
40
do 25
25,1 ÷ 40
40,1 ÷ 63
63,1 ÷ 100
100,1 ÷ 160
160,1 ÷ 250
2,5
4
6
10
16
25
Po przeprowadzeniu doboru płaszczyzny podziału należy przewidzieć
odpowiednie pochylenia bocznych ścian odkuwki. Pochylenia kuźnicze
są stosowane aby ułatwić wyjmowanie odkuwek z matrycy. Jeżeli ściany
boczne odkuwki podlegają obróbce skrawaniem, to pochylenia znacznie
zwiększają wartość naddatków. W celu zmniejszenia naddatków należy
dążyć do stosowania jak najmniejszych pochyleń. Wielkości pochyleń
ścian odkuwek zależnie od metody produkcyjnej, wysokości ścian i rodzaju powierzchni (ściany wewnętrzne lub zewnętrzne) podano w tabeli
1.12. Pochylenia ścian wewnętrznych są większe niż zewnętrznych.
Tłumaczy się to tym, że w czasie stygnięcia materiału (przy kuciu na
młotach i prasach) ściany zewnętrzne odkuwki odrywają się od ścian
wykroju, natomiast ściany wewnętrzne zaciskają się na wystającej
części wykroju.
Przy kuciu w kuźniarkach wielkość pochyleń ścian zewnętrznych zależy
od kształtu odkuwki i sposobu jej wykonania. Jeżeli odkuwka ma dwa
występy lub więcej (rys. 1.34a), to wewnętrzne i zewnętrzne ściany tych
występów należy wykonać z pochyleniem pz. Dla odkuwek bez występów lub z jednym występem i wykonywanych w matrycy (rys. 1. 34c)
ściany zewnętrzne wykonuje się bez pochylenia. Przy wykonywaniu odkuwek w stemplu (rys. 1. 34b) zewnętrznym ścianom odkuwki nadaje
się nieznaczne pochylenia (1:50). Pochylenie ścian wewnętrznych zależy
od głębokości wgłębienia. W odkuwkach niskich, np. w odkuwkach
pierścieni, otwór wewnętrzny można wykonać bez pochylenia. W głębszych otworach (rys. 1. 34a, b, c), aby zmniejszyć naddatek na obróbkę
stosuje się przebijanie stopniowe, przy czym do głębokości H1 Ł 0,5 do
Strona 26
można otwór wykonywać bez pochylenia, a pozostałą głębokość otworu
wykonuje się z pochyleniem pw.
Tabela1.12 Pochylenia ścian odkuwek
Sposób
wykonania
odkuwki
Pod młotem
Wewnętrznych pw
pochylenie
kąt
rodzaj
ścianki
Ścianki przy
wysokich
żebrach
Ścianki
normalne
Ścianki przy
niskich
odkuwkach
Ścianki przy
niskich
żebrach
Ścianki
normalne
-
-
-
1:6
9°
1:6
9°
Ścianki normalne
1:10
6°
1:10
6°
1:20
3°
1:6
9°
1:10
6°
1:10
6°
Ścianki normalne
1:20
3°
1:20
3°
-
1:50
1°
-
-
-
-
1:20
3°
Powierzchnie
prostopadłe
do kucia
Pod prasą
Pod prasą z
wyrzutnikie
m
Pochylenie ścian*
Zewnętrznych pz
Rodzaj ścianki
Pochylenie kąt
Ścianki przy
płytkim
wgnieceniu
Ścianki przy
głębokim
wgnieceniu
Zależnie od
Ścianki
1:50
głębokości
1°
normalne
wgłębień
Przy przebijaniu
do
otworu lub
0÷1°
1:50
pogłębianiu
*Dla grubości poniżej 10 mm należy stosować pochylenie 1:10 (6°).
W przypadku odkuwki o kształcie bryły obrotowej stosuje się na rysunkach oznaczenia
zbieżności o wielkości podwójnego pochylenia podanego w tablicy
W kuźniarce
1:20
3°
Strona 27
ROZDZIAŁ 1
1.4. Literatura
1. Bosiacki K.: Kucie matrycowe na młotach. PWT, Warszawa
1956.
2. Erbel St., Kuczyński K., Marciniak Z.: Obróbka plastyczna.
PWN, Warszawa 1981.
3. Kapiński S., Skawiński P,, Sobieszczański J., Sobolewski J.Z.:
Projektowanie technologii Maszyn. Oficyna Wydawnicza
Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2007.
4. PN-ISO 8062:1997. Odlewy - system tolerancji wymiarowych
i naddatków na obróbkę skrawaniem.
5. PN-EN 10243-1:2002. Stalowe odkuwki matrycowane.
Tolerancje wymiarów. Część 1: Odkuwki kute na młotach
i prasach. [4] Praca zbiorowa, tłumaczenie z j. rosyjskiego:
Podstawowe techniki wytwarzania w przemyśle maszynowym.
WNT, Warszawa 1973.
6. Skarbiński M.: Zasady konstruowania odlewanych części
maszyn. WNT, Warszawa 1968.
7. Wasiunyk P.: Kucie matrycowe. WNT, Warszawa 1968.
Strona 28
2
Metodyka
projektowania
technologicznego
W tym rozdziale:
o
o
o
o
o
Podstawy budowania procesu technologicznego
Składniki procesu technologicznego
Najważniejsze dokumenty technologiczne
Technologia obróbki powierzchni walcowych,
płaskich i otworów
Przykłady procesu technologicznego
ROZDZIAŁ 2
2.1. Zasady podziału procesu
technologicznego
Proces technologiczny jest najważniejszą częścią procesu produkcyjnego, jest tokiem działań bezpośrednio związanych z wytwarzanym produktem. Podczas realizacji procesu technologicznego następuje zmiana
właściwości i cech charakteryzujących przedmiot obrabiany, a w przypadku montażu, zmiana położenia względem innych części maszyny lub
urządzenia. W szczególności będzie to zmiana: kształtu, wymiarów, właściwości fizyko-chemicznych i wyglądu przedmiotu obrabianego. Naturalnym dążeniem jest, aby proces technologiczny umożliwiał wytworzenie produktu o wymaganych właściwościach i o określonej jakości przy
możliwie niskich kosztach produkcji i w możliwie krótkim czasie.
W zależności od charakterystycznego i dominującego sposobu obróbki
będziemy rozróżniali np. proces technologiczny kucia, odlewania, obróbki skrawaniem. W tym opracowaniu skoncentrujemy się na omówieniu procesu technologicznego wykonania części z surówek lub bezpośrednio z materiału wyjściowego, np. z pręta, w którym obróbka skrawaniem odgrywa rolę dominującą, a więc na świadomym planowaniu
obróbki, operacja po operacji, poczynając od wyrobu w stanie wyjściowym, np. będzie to odkuwka, aż do wyrobu gotowego.
Proces technologiczny zależy przede wszystkim od cech przedmiotu obrabianego, wymagań stawianych gotowemu wyrobowi i od wielkości
produkcji (liczby produkowanych przedmiotów). Proces technologiczny
takich samych przedmiotów w przypadku produkcji małoseryjnej i np.
wielkoseryjnej będzie się pod wieloma względami bardzo różnił. Jest to
spowodowane kalkulacją ekonomiczną. Inne czynniki wpływające na
proces technologiczny, to rodzaj i cechy przedmiotu w stanie wyjściowym oraz park maszynowy, jakim dysponuje producent.
Dokładność wykonania surówki w sposób oczywisty wpływa na charakter dalszej obróbki i liczbę operacji. Mało dokładna surówka odlewana do form piaskowych najczęściej będzie wymagała obróbki wielu
powierzchni i wielu operacji. W przypadku odlewów ciśnieniowych obróbka skrawaniem może być ograniczona do nielicznych powierzchni
i do mniejszej liczby operacji. Wybór surówki i stawianych jej wymagań
będzie zależał od analizy kosztów produkcji.
Strona 30
METODYKA PROJEKTOWANIA TECHNOLOGICZNEGO
Planując proces technologiczny, dąży się, aby obróbkę przeprowadzić na
istniejącym parku maszynowym. Tak postępuje się w małych zakładach
i w wielkich. Można znaleźć przykłady, np. w przemyśle motoryzacyjnym, że już w fazie projektowania nowych modeli samochodów ich konstrukcja powstaje z myślą o wykorzystaniu istniejących linii obrabiarek.
Nie jest to jednak wymaganie bezwzględne. Nowe inwestycje mogą być
koniecznością techniczną, lub też mogą wynikać z rachunku ekonomicznego.
Trzeba także zwrócić uwagę, że opracowanie procesu technologicznego
powinno być poprzedzone analizą technologiczności konstrukcji. Nieraz
niewielkie zmiany kształtu produkowanej części nie wpływają na jej
funkcjonowanie w maszynie, a mogą wpłynąć na znaczne uproszczenie
i potanienie procesu obróbki.
Proces technologiczny składa się z operacji, a operacja składa się z zabiegów i czynności pomocniczych
Operacja jest podstawową częścią procesu technologicznego wykonywaną na określonej części lub zespole części, na jednym stanowisku
pracy, przez jednego pracownika lub grupę pracowników, bez przerw na
inną pracę.
Zabieg jest częścią operacji odnoszącą się do określonej powierzchni lub
do kilku określonych powierzchni, obrabianych ustalonym narzędziem
lub zestawem narzędzi i przy ustalonych parametrach obróbki. Rozróżnia się pojęcia: zabieg prosty i zabieg złożony. Zabieg prosty odnosi się
do obróbki jednej powierzchni jednym narzędziem
Gotowy wyrób osiągamy w wyniku kolejno następujących operacji, często wielozabiegowych. Ze względu na osiąganą dokładność wymiarową
i chropowatość powierzchni operacje obróbki skrawaniem możemy
orientacyjnie podzielić na trzy grupy [1] stopni obróbki, a mianowicie:
•
obróbka zgrubna,
•
obróbka wymiarowa średnio dokładna i dokładna,
•
obróbka wykańczająca.
Obróbka zgrubna jest obróbką mało dokładną. Osiągana dokładność
wymiarowa najczęściej jest powyżej 11 lub 12 klasy dokładności wg
ISO, a chropowatość powierzchni określana parametrem Ra przeważnie
jest powyżej 10 mm. Celem tej obróbki jest przygotowanie obrabianych
powierzchni do dalszych operacji pozwalających na uzyskanie większej
Strona 31
ROZDZIAŁ 2
dokładności wymiarowej i większej gładkości powierzchni. W przypadku niektórych powierzchni, wobec których stawiane są niewielkie
wymagania w zakresie dokładności wymiarowej i chropowatości, obróbka zgrubna kształtuje je na gotowo. (Powierzchnie surówki, których
dokładność wymiarowa i stan powierzchni są wystarczające, nie są poddawane obróbce skrawaniem.) Niskie wymagania jakościowe, przy tej
obróbce, pozwalają na wydajne skrawanie, z dużą głębokością skrawania
i z dużym posuwem.
Obróbka wymiarowa w połączeniu z obróbką zgrubną nazywane są
obróbką kształtującą gdyż służą do osiągnięcia zamierzonego kształtu
obrabianego przedmiotu. Na wielu powierzchniach obróbka skrawaniem
kończy się na operacjach obróbki wymiarowej. Dokładność wymiarowa
obróbki wymiarowej w zależności od wymagań zawiera się w przedziale
12 – 5 klasy dokładności i chropowatości Ra w przedziale 10 – 0,16 µm.
Obróbka wykańczająca pozwala uzyskać wysoką dokładność
wymiarową1, wysoką gładkość powierzchni, szczególne właściwości
powierzchni lub warstwy wierzchniej. Typowymi operacjami obróbki
wykańczającej są: dogładzanie oscylacyjne (honowanie), polerowanie,
obróbka powierzchniowa zgniotem.
Wymienionych grup obróbki nie należy utożsamiać z liczbą operacji
(stopni obróbki) kształtujących daną powierzchnię. W przypadku wysokich wymagań w zakresie dokładności i chropowatości powierzchni
może to być nawet pięć operacji, np.: operacja obróbki zgrubnej, dwie
operacje obróbki wymiarowej i dwie operacje obróbki wykańczającej.
Oprócz operacji obróbki zgrubnej, wymiarowej i wykańczającej w skład
procesu technologicznego wchodzą także:
1
•
operacje obróbki wstępnej,
•
operacje obróbki cieplnej i cieplno chemicznej,
•
operacje pomocnicze,
•
inne operacje nadające powierzchni szczególne cechy lub
właściwości,
Przyporządkowane klasy dokładności i chropowatości stopniom obróbki mają charakter
orientacyjny. Jeżeli np. powierzchnia będzie obrabiana w trzech operacjach, najpierw
zgrubnie toczona z dokładnością odpowiadającą 12 klasie dokładności, potem toczona
dokładnie z dokładnością odpowiadającą 7 klasie dokładności, a następnie szlifowana
aby osiągnąć 5 klasę dokładności, to w praktyce warsztatowej szlifowanie zaliczymy do
obróbki wykańczającej.
Strona 32
•
operacje kontroli jakości.
Operacjami obróbki wstępnej są: ciecie materiału, trwałe łączenie części (spawanie, zgrzewanie, lutowanie, klejenie), kalibrowanie, prostowanie, wykonanie nakiełków, montaż części obrabianych w zespole. Obróbka taka, jak cięcie materiału lub wykonanie nakiełków może też być
jednym z zabiegów operacji kształtującej, wtedy nie jest zaliczana do obróbki wstępnej.
Operacje obróbki cieplnej i cieplno chemicznej. Celem obróbki cieplnej jest zmiana struktury stopu poprzez odpowiednie nagrzewanie
i chłodzenie, co prowadzi do zmian właściwości fizycznych i mechanicznych. Najczęściej wstępna obróbka cieplna (wyżarzanie zupełne, wyżarzanie zmiękczające, normalizowanie, a nieraz także ulepszanie cieplne)
przeprowadzana jest w walcowni, kuźni lub odlewni. Ostateczna obróbka cieplna przeprowadzana jest w trakcie dalszej obróbki surówki lub
materiału wyjściowego.
Oddziaływanie termiczne może spowodować deformację i zmianę objętości przedmiotu obrabianego, z tego względu wskazane jest umieszczanie operacji obróbki cieplnej na początku procesu. W przypadku dużych
naddatków usuwanych podczas obróbki zgrubnej bardziej celowe jest
przeprowadzenie operacji obróbki cieplnej po obróbce zgrubnej. Ułatwia
to wnikanie obróbki cieplnej w głąb materiału, a także pozwala uniknąć
wtórnej deformacji w przypadku naruszenia stanu naprężeń wewnętrznych wskutek usunięcia warstwy materiału o dużej grubości. Typowymi
operacjami obróbki cieplnej umieszczanymi po obróbce zgrubnej są
ulepszanie cieplne i wyżarzanie odprężające.
Obróbki cieplno-chemiczne przeprowadza się w końcowych fazach procesu technologicznego, lub po zakończeniu obróbki skrawaniem. Głębokość warstwy przemienionej w wyniku tych obróbek jest niewielka.
W zależności od rodzaju obróbki wynosi od kilku setnych milimetra do
nieco ponad dwa milimetry. Do najczęściej stosowanych obróbek
cieplno-chemicznych należą: nawęglanie, azotowanie, cyjanowanie.
Nawęglanie przeprowadza się po zakończeniu obróbki wiórowej powierzchni do nawęglenia, z pozostawieniem naddatku na szlifowanie
wynoszącym kilka dziesiątych milimetra. Grubość warstwy nawęglonej
wynosi od kilku dziesiątych mm do 2,5 mm. Po zahartowaniu i odpuszczeniu warstwy nawęglonej następuje szlifowanie na wymiar docelowy.
(Powierzchnie przedmiotu, które nie powinny być utwardzone należy
chronić przed nawęgleniem, np. poprzez pokrycie ich pastami zabezpieczającymi. Skutecznym sposobem zabezpieczenia przed zahartowaniem
Strona 33
ROZDZIAŁ 2
jest nawęglenie całego przedmiotu, a następnie usunięcie warstwy nawęglonej z powierzchni, które powinny pozostać miękkie. Wymaga to pozostawienia na tych powierzchniach naddatku o grubości zależnej od
głębokości nawęglania i przeprowadzeniu obróbki wiórowej po nawęgleniu.)
Warstwa utwardzona poprzez azotowanie lub cyjanowanie jest bardzo
cienka, wynosi od kilku setnych do kilku dziesiątych milimetra. Temperatura osiągana przy tych operacjach jest przeważnie niższa niż przy nawęglaniu, tym bardziej więc nie ma obaw, że obróbka ta spowoduje
zmiany wymiarowe, toteż te operacje umieszcza się najczęściej po zakończeniu obróbki na żądany wymiar. Sporadycznie po azotowaniu
i cyjanowaniu stosuje się docieranie.
Operacje pomocnicze. Do operacji pomocniczych zalicza się prostowanie, usuwanie zadziorów, mycie i odtłuszczanie. (Usuwanie zadziorów
często jest dołączane do innych operacji jako jeden z zabiegów.)
Inne operacje nadające powierzchni szczególne cechy lub właściwości. W zależności od wymagań określonych przez konstruktora mogą to
być bardzo różne operacje, np.: natryskiwanie, napawanie, nakładanie
powłok (w tym malowanie), cechowanie.
Operacje kontroli jakości. Operacje kontroli jakości wyszczególnione
w procesie technologicznym są prowadzone przez wyspecjalizowane
komórki organizacyjne zakładu produkcyjnego, lecz bieżąca (czynna)
kontrola jakości jest także powiązana z realizacją poszczególnych operacji. Tę bieżącą kontrolę prowadzą pracownicy wykonujący daną operację
lub coraz częściej systemy automatycznego nadzoru. Usytuowanie operacji kontroli jakości w procesie technologicznym i jej zakres (kontrola
100% lub statystyczna) zależy od wymagań stawianych obrabianemu
przedmiotowi i od wielkości produkcji. Jako orientacyjne wskazania do
usytuowania kontroli międzyoperacyjnych proponuje się następująco:
wprowadzać operację kontroli po operacji finalizującej obróbkę wymiarową powierzchni szczególnie ważnych dla funkcjonowania danej części
maszyny, przed operacjami drogimi, po operacjach obróbki cieplnej.
Proces technologiczny należy kończyć operacją końcowej kontroli jakości.
Przeważnie konieczna jest obróbka wielu powierzchni przedmiotu obrabianego. Zróżnicowane jest znaczenie funkcjonalne poszczególnych powierzchni. Niektóre powierzchnie decydują o prawidłowym funkcjonowaniu obrobionego przedmiotu w zespole części wchodzących w skład
maszyny lub urządzenia. Powierzchniom tym najczęściej stawiane są
Strona 34
podwyższone wymagania, co do dokładności wymiarowej, chropowatości powierzchni i stanu przylegającej warstwy wierzchniej. Powierzchnie
te nazywa się powierzchniami podstawowymi, a pozostałe powierzchnie
– powierzchniami drugorzędnymi. Budując proces technologiczny należy się skoncentrować na prawidłowym poprowadzeniu obróbki powierzchni podstawowych. Obróbkę powierzchni drugorzędnych planujemy niejako „przy okazji”. Oczywiście wszystkie powierzchnie muszą
być wykonane zgodnie z wymaganiami określonymi na rysunku konstrukcyjnym.
Rysunek 2.1. Przykład operacji wiertarskich przy produkcji:
a) jednostkowej, b) seryjnej, c) masowej [7]
Decydujące znaczenie dla osiągnięcia zamierzonego celu obróbki ma
właściwy dobór baz obróbkowych, czyli tych powierzchni, w stosunku
do których będą zorientowane inne powierzchnie obrabiane. Powierzchnie bazowe powinny być obrobione w początkowej fazie obróbki i najStrona 35
ROZDZIAŁ 2
lepszym rozwiązaniem jest zachowanie niezmienności powierzchni bazowych. Główną powierzchnią bazową może być jedna z powierzchni
podstawowych, lub powierzchnia spełniająca tylko rolę powierzchni bazowej.
Orientacyjny schemat procesu obróbki można ująć następująco:
1. Operacje wstępne (jeżeli istnieje potrzeba).
2. Obróbka powierzchni bazowych.
3. Obróbka zgrubna powierzchni podstawowych i tych powierzchni
drugorzędnych, których nie powinno się obrabiać oddzielnie.
4. Obróbka zgrubna i ewentualnie wymiarowa powierzchni drugorzędnych.
5. Obróbka cieplna.
6. Operacje związane z obróbką cieplną, w tym kontrola jakości.
7. Obróbka wymiarowa (średnio dokładna i dokładna) powierzchni
podstawowych.
8. Obróbka wykańczająca powierzchni podstawowych.
9. Ewentualnie obróbka wykańczająca powierzchni drugorzędnych.
10. Obróbka cieplno-chemiczna (jeżeli jest wymagana).
11. Ewentualna obróbka wykańczająca powierzchni po obróbce
cieplno-chemicznej.
12. Końcowa kontrola jakości.
Szczegółowe decyzje dotyczące charaktery i liczby operacji zależą od
wymagań określonych na rysunku konstrukcyjnym obrabianej części, od
zadań tej części w maszynie, od wielkości produkcji, od dostępnego
parku obrabiarek. Na rysunku 2.1 zobrazowano organizację obróbki
otworów w zależności od wielkości produkcji. Trzeba tu zaznaczyć, że
przy produkcji jednostkowej (na rysunku przypadek a) wiercenie musi
być poprzedzone czasochłonnym i mało dokładnym trasowaniem.
Projektując proces technologiczny można dążyć do koncentracji lub różnicowania operacji. Obecnie stosuje się dość dużą koncentrację operacji.
Szczególnie szerokiej koncentracji operacji sprzyjają współczesne obraStrona 36
biarki numeryczne pozwalające np. na łączenie operacji tokarskich i frezarskich.
2.2. Dokumentacja
technologiczna
Najważniejszymi dokumentami technologicznymi są:
•
plan operacyjny zwany też planem obróbki lub kartą technologiczną,
•
instrukcje technologiczne.
Polskie Normy proponują wzory tych dokumentów. Aktualne wersje są
zgodne z normami ISO. Najczęściej zakłady produkcyjne dostosowują
formularze najważniejszych dokumentów technologicznych do swoich
potrzeb. Forma tych dokumentów w znacznym stopniu zależy od wielkości produkcji. Przy produkcji jednostkowej i małoseryjnej opis procesu technologicznego jest najczęściej uproszczony. Przy produkcji masowej ten opis jest rozbudowany i bardzo szczegółowy.
Plan technologiczny sporządza się na tzw. karcie technologicznej.
(Obecnie takie karty opisują normy PN-90/M-01160, PN-83/M-01250).
Plan technologiczny jest spisem operacji w kolejności ich wykonania
z podaniem niektórych informacji o tych operacjach. Na rys. 2. 3 zamieszczono przykładową kartę technologiczną.
Instrukcja technologiczna zawiera najważniejsze informacje niezbędne
do przeprowadzenia operacji, w tym:
•
Wykaz zabiegów wraz z podaniem parametrów obróbki i informacji pochodnych pozwalających na prawidłowe nastawienie obrabiarki.
•
Rysunek części po obróbce z zaznaczonymi linią grubą powierzchniami obrabianymi, z podanymi wymiarami i ich
tolerancją, wymaganiami co do kształtu i położenia (tab. 2.1)
oraz chropowatością powierzchni, jakie muszą być osiągnięte w danej operacji. Rysunek ten powinien także zawieStrona 37
ROZDZIAŁ 2
rać symbole określające sposób ustalania i mocowania
przedmiotu, tabl. 2.2.
•
Wskazanie obrabiarki oraz wykaz uchwytów i przyrządów,
narzędzi skrawających i pomiarowych.
•
Inne informacje ważne dla zachowania ładu w organizacji
produkcji.
Przykład karty instrukcyjnej podano na rysunku 2.4.
2.3. Naddatki na obróbkę
Decyzje o wartości naddatków na obróbkę podejmuje się podczas projektowania surówki, odlewu lub odkuwki. W zależności od przyjętej
metody wytwarzania surówki zalecane wartości naddatków mogą być
niewielkie lub bardzo duże. Decydując się na dostępne bardzo dokładne
metody można osiągnąć wystarczającą dokładność wymiarową i chropowatość na wielu powierzchniach. Oznacza to jednak najczęściej wysoki koszt wykonania surówki.
Wartość naddatku powinna być jak najmniejsza, ale równocześnie na
tyle duża, aby w procesie obróbki można było osiągnąć żądaną jakość
powierzchni.
Różnica pomiędzy wymiarem surówki i wymiarem gotowego wyrobu
jest naddatkiem całkowitym. Różnica pomiędzy wymiarami
nominalnymi określi naddatek nominalny. Minimalna wartość naddatku
będzie różnicą pomiędzy dolnym wymiarem granicznym surówki i
górnym wymiarem granicznym gotowego wyrobu. Całkowity naddatek
jest zdejmowany w kolejnych operacjach. Na każdą z kolejnych operacji
obróbki skrawaniem musi być przewidziany naddatek zwany naddatkiem
operacyjnym, rys.2.5. Suma naddatków operacyjnych musi się równać
naddatkowi całkowitemu. W przypadku naddatku jednostronnego będzie
[1]:
C = g1 + g2 + ......+ gn
gdzie: C – nominalny naddatek całkowity, g1, g2, .... gn - nominalny
naddatek operacyjny w kolejnych stopniach obróbki.
Strona 38
Rysunek 2.2. Wzór karty technologicznej, według PN-56/M-01171
(nieaktualnej)
Strona 39
ROZDZIAŁ 2
Strona 40
Rysunek 2.3. Wzór instrukcji technologicznej według PN-56/M-01171 (nieaktualnej)
Tablela 2.1. Symbole stosowane na rysunkach do oznaczenia tolerancji
kształtu i położenia według PN-87/M-01145 [7]
prostoliniowości
Przykłady
zastosowania
płaskości
0,01
Tolerancje
kształtu
okrągłości
walcowości
zarysu przekroju
wzdłużnego
równoległości
0,02 A
prostopadłości
nachylenia
Tolerancje
położenia
współosiowości
symetrii
pozycji
A
przecinania się osi
Tolerancje
złożone
położenia
i kształtu
bicia promieniowego, lub osiowego, lub w wyznaczonym
kierunku
bicia promieniowego lub
osiowego całkowitego
kształtu wyznaczonego zarysu
0,01
kształtu wyznaczonej
powierzchni
Strona 41
ROZDZIAŁ 2
Tabela 2.2. Oznaczenia stosowane w dokumentacji technologicznej,
według PN-83/M-01152 [7]
Oznaczenie
Objaśnienie
Powierzchnie obrabiane oznacza się linią dwukrotnie grubszą od linii konturowych
Sterowanie mechanizmów mocujących: pneumatyczne, hydrauliczne, elektryczne, bez oznaczenia - ręczne lub inne
P, H, E
n
n
γ
n
Uchwyty szczękowe: n - liczba szczęk, n liczba szczęk przetoczonych lub przeszlifowanych, γ - rodzaj sterowania
Kły: stały, samonastawny, obrotowy (zewnętrzny - ostrze do przedmiotu, wewnętrzny ostrze od przedmiotu)
Tuleja zaciskowa lub trzpień rozprężny
Trzpień stały, kołek pełny, tuleja stała
Uchwyt magnetyczny
Zabierak stały
Zabierak samozaciskający lub zabierak czołowy
Podpora stała (opór, luneta, okular, kołek
ścięty). Ponadto w kolejności: widok z boku,
z przodu, z tyłu; widok z góry; widok z dołu
Podtrzymka ruchoma
Strona 42
Objaśnienie
Oznaczenie
Podpora wahliwa
Podpora regulowana
Podpora samonastawna
Podpora podwójna sprzężona
Docisk pojedynczy
Docisk wahliwy
Docisk podwójny
Kształt powierzchni roboczych podpór i docisków: płaski, kulisty, walcowy, pryzmowy,
stożkowy (znaki te umieszcza się po lewej
stronie oznaczeń podpór i docisków) rowkowany, gwintowany, wielowypustowy (znak
nanosi się na oznaczenie podpór i docisków)
Strona 43
ROZDZIAŁ 2
Przykłady zastosowania oznaczeń
Przedmiot
ustalony
na
trzech
podporach stałych zakończonych płasko, dodatkowo podpartych podporą
regulowaną z zakończeniem kulistym,
dosunięty do trzech oporów z zakończeniem kulistym oraz zamocowany
dwoma dociskami pojedynczymi
3
3
Przedmiot ustalony w kłach (samonastawny i obrotowy), zabierak czołowy,
podpora ruchoma
Przedmiot ustalony na trzpieniu stałym
walcowym i trzech podporach stałych,
docisk pojedynczy
Przedmiot ustalony w uchwycie trójszczękowym
Przedmiot ustalony w pryzmie i podporze stałej o kulistej powierzchni roboczej, zamocowany dwoma dociskami pojedynczymi
Strona 44
Gdy naddatek operacyjny jest usuwany w jednym przejściu, a tak jest
najczęściej, wtedy jest on tożsamy z głębokością skrawania.
Ts
W przypadku naddatków dwustronnych i symetrycznych (np. na średnicę) naddatek całkowity jest sumą podwojonych wartości naddatku jednostronnego (głębokości warstw skrawanych).
g2
Obróbka
wymiarowa
g3
T3 T2
A3
A2
A1
T1
C
As
g1
Obróbka
zgrubna
Obróbka
wykańczająca
Rysunek 2.5. Struktura całkowitego jednostronnego naddatku na
obróbkę: As - wymiar nominalny surówki, A1 - wymiar nominalny dla
obróbki zgrubnej, A2 - wymiar nominalny dla obróbki wymiarowej,
A3 - wymiar nominalny dla obróbki wykańczającej;
Ts, T1, T2, T3 - odpowiednio tolerancja wykonania surówki, obróbki
zgrubnej, wymiarowej i wykańczającej; g1, g2, g3 - nominalny naddatek
na obróbkę zgrubną, wymiarową i wykańczającą
Naddatek operacyjny powinien pozwolić na usunięcie wadliwej warstwy
spowodowanej poprzednią obróbką i błędami odchyleń przestrzennych.
Według Kowana wartość nominalnego naddatku operacyjnego na stronę
gi wyraża zależność:
gi = Ti-1 + Hi-1 +Wi-1 + Si-1 + ei,
gdzie:
gi - naddatek operacyjny na operację i,
Ti-1 – tolerancja wymiaru uzyskanego w poprzedniej operacji, przy
tolerowaniu w głąb materiału,
Hi-1 – średnia wysokość nierówności po obróbce w poprzedniej operacji,
Wi-1 – głębokość warstwy wadliwej spowodowanej poprzednią obróbką,
Si-1 – wypadkowe odchylenie przestrzenne spowodowane w poprzedniej
operacji,
Strona 45
ROZDZIAŁ 2
ei - błąd ustawienia części w realizowanej i-tej operacji obejmujący błąd
ustalenia i błąd zamocowania.
Szczególnie duże grubości warstwy uszkodzonej są spowodowane niektórymi metodami wytwarzania surówek i wynoszą: przy odlewaniu
w formach piaskowych żeliwa szarego od 1 do 2 mm i staliwa około
1,5 mm, przy kuciu swobodnym od 1,5 do 3,5 mm, przy kuciu matrycowym od 0,5 do 1,5 mm. Naddatek całkowity musi być odpowiednio
większy, gdyż już naddatek na obróbkę zgrubną powinien pozwolić na
usunięcie wadliwej warstwy surówki. Kolejne operacje (lub zabiegi)
usuwają błędy przemieszczeń przestrzennych i wadliwą warstwę po poprzedniej obróbce, a błędy przemieszczeń przestrzennych i grubość kolejnych wadliwych warstw są coraz mniejsze. Odpowiada temu zmniejszanie kolejnych naddatków operacyjnych. Na przykład orientacyjna
wartość naddatku operacyjnego na średnicę na wykańczające toczenie
wałków w zależności od średnicy i długości wałków wynosi od 1 do 3
mm, a w przypadku wykańczającego szlifowania wałków od 0,25 do
1,25 mm.
2.4. Dobór baz obróbkowych
Przedmiot obrabiany przed rozpoczęciem obróbki powinien być jednoznacznie zorientowany względem elementów obrabiarki. Musi też być
zapewniona stałość tego położenia. Każdy przedmiot obrabiany posiada
6 stopni swobody: trzy przemieszczenia liniowe wzdłuż osi „X”, „Y”
i „Z” oraz trzy obroty wokół tych osi.
Nadanie przedmiotowi obrabianemu określonego położenia w kierunkach mających wpływ na wymiar będący rezultatem obróbki nazywa się
ustalaniem lub bazowaniem. Powierzchnie przedmiotu wykorzystywane
do nadania przedmiotowi obrabianemu określonego położenia nazywa
się bazami obróbkowymi lub powierzchniami ustalającymi. Rozróżnia
się bazy nastawcze, stykowe i sprzężone.
Strona 46
A
B
Rysunek 2.6. Przykład bazy nastawczej
Bazą nastawczą jest powierzchnia wykorzystywana do ustalania położenia przedmiotu na obrabiarce, lecz powierzchnia ta nie styka się z elementami podporowymi. Na rys. 2.6 bazą nastawczą jest powierzchnia A
umożliwiająca zachowanie równoległości wytaczanego otworu do tej
powierzchni. Prawidłowe ustalenie osiąga się dobierając odpowiednio
wysokość podpór stykających się z powierzchnią B. Bazą nastawczą
może być także powierzchnia wyznaczona przez rysy traserskie. Bazy te
są szeroko stosowane w produkcji jednostkowej. Takie ustalanie jest
czasochłonne i wymaga pewnego skupienia od pracownika, lecz nie pociąga za sobą dodatkowych kosztów.
Przy produkcji seryjnej, wielkoseryjnej i masowej dąży się do maksymalnego skrócenia czasów pomocniczych, w tym także czasu potrzebnego na ustalenie przedmiotu obrabianego. Ustalenie osiąga się poprzez
zetknięcie wybranych powierzchni przedmiotu obrabianego, nazywanych bazami stykowymi, z odpowiednimi elementami uchwytu. Baza
stykowa główna odbiera trzy stopnie swobody (trzy punkty styku); baza
kierunkowa - dwa stopnie swobody (dwa punkty styku); baza oporowa jeden stopień swobody (jeden punkt styku)
Przy bazach stykowych następuje bezpośrednie odebranie stopni swobody w kierunkach mających wpływ na wynik obróbki. W niektórych
przypadkach można także odebrać dodatkowy stopień swobody, choć nie
ma to żadnego wpływu na wymiar obróbkowy, lecz jest wskazane np. ze
względu na organizację pracy w przestrzeni roboczej obrabiarki. Nie
wolno natomiast dwukrotnie, ani tym bardziej wielokrotnie, odbierać
tego samego stopnia swobody. Nazywa się to przestaleniem. Prowadzi
do niejednoznaczności ustalania i powoduje błędy obróbki.
Strona 47
ROZDZIAŁ 2
a)
b)
c)
h1
h
0,02 E
s
e
E
e
y
x
m
z
Rysunek 2.6. Ustalanie położenia przedmiotu obrabianego [7]
Na rys. 2.6 podano trzy przykłady ustalania z wykorzystaniem baz stykowych. Przedmiot obrabiany przedstawiony na rys. 2.6a ma być frezowany na wymiar h. Dolna powierzchnia prostopadłościanu jest bazą
stykową. Jednoznaczne ustalenie ze względu na wymiar h wymaga odebrania trzech stopni swobody. Wzdłuż osi pionowej i dwóch obrotów
wokół osi prostopadłych do osi pionowej. Trzy stopnie swobody zostaną
odebrane, jeżeli powierzchnia bazowa (powierzchnia dolna) zetknie się
w trzech punktach z elementami uchwytu. Ze względu na zwiększenie
stabilności podparcia stosuje się często nie trzy, a cztery podpory punktowe, lecz czwarta podpora powinna być regulowana. Na rysunku powierzchnia bazowa styka się z powierzchnią uchwytu. Lokalizacja
punktów podparcia nie jest znana i może być ich więcej niż trzy. Naruszona jest wtedy zasada, aby nie odbierać wielokrotnie tych samych
stopni swobody. Jeżeli powierzchnia bazowa była uprzednio obrabiana,
to wysokość punktów podparcia różni się nieznacznie. W tym przypadku
jest dopuszczalne stosowanie podpory płaskiej, gdyż nie spowoduje to
istotnych błędów ustalenia. Pozostają nie odebrane trzy stopnie swobody
nie mające wpływu na osiągnięcie wymiaru h. Na rysunku są one zaznaczone strzałkami. Na przykład obrócenie przedmiotu wokół osi pionowej
spowoduje jedynie inne usytuowanie na powierzchni obrabianej śladów
frezowania.
Frezując rowek, rys. 2.6 b, należy odebrać pięć stopni swobody. Zetknięcie podstawy prostopadłościanu z powierzchnią uchwytu, tak jak
poprzednio, odbierze trzy stopnie swobody. Pozwoli to osiągnąć wymiar
Strona 48
h1 na całej długości rowka. Ponieważ ma być zachowany także wymiar
e określający położenie rowka względem powierzchni bocznej przedmiotu obrabianego musimy odebrać dodatkowe dwa stopnie swobody.
Nieodebrany pozostaje tylko jeden stopień swobody. Przesunięcie
przedmiotu wzdłuż osi równoległej do osi rowka nie wpływa na wymiary realizowane w tej operacji. Ewentualne przesunięcie spowoduje
jedynie zmianę długości drogi dojścia freza do przedmiotu obrabianego.
Ten stopień swobody też możemy odebrać, wprowadzając dodatkowy
kołek. Na rysunku został narysowany linią przerywaną. Będzie spełniał
rolę pomocnicza. Pozwoli zachować taką samą długość drogi dojścia
freza oraz ewentualnie przeniesie część składowej siły skrawania.
Na rys. 2.6c wyjaśniono sposób ustalania w przypadku wiercenia
w przedmiocie obrabianym otworu. W tym przypadku należy odebrać
przy ustalaniu wszystkie stopnie swobody. Odebranie trzech stopni
swobody poprzez zetknięcie podstawy przedmiotu obrabianego z powierzchnią uchwytu pozwoli w tym przypadku zachować prostopadłość
osi otworu do powierzchni dolnej. Pozostałe trzy stopnie swobody
zostaną odebrane ze względu na wymiary e i m.
W produkcji seryjnej, a szczególnie w produkcji wielkoseryjnej i masowej są stosowane także bazy sprzężone. Baza sprzężona jest powierzchnią odniesienia dla powierzchni obrabianych, przy czym powierzchnia ta
jest również i równocześnie obrabiana. Wyjaśnia to rys. 2.7.
3
l1
l2
l3
B
A
Rysunek 2.7. Przykład bazy sprzężonej
Powierzchnia B jest bazą sprzężoną dla dwóch powierzchni określonych
wymiarami l2 i l3. Powierzchnia A jest bazą stykową, względem niej jest
określone położenie powierzchni B. Bazy sprzężone ułatwiają osiągnięStrona 49
ROZDZIAŁ 2
cie oczekiwanej dokładności wymiarowej i powtarzalności wymiarów,
wymagają jednak stosowania zespołu narzędzi lub narzędzi specjalnych.
Dokonując wyboru powierzchni bazowych można kierować się następującymi wskazaniami:
1. Należy dążyć, aby baza obróbkowa pokrywała się z bazą konstrukcyjną. Taką bazę nazywa się bazą technologiczną właściwą.
Jeżeli baza obróbkowa nie pokrywa się z bazą konstrukcyjną, to
używa się określenia – baza technologiczna zastępcza. Jeżeli nie
można uniknąć przyjęcia bazy zastępczej, to często należy liczyć
się z koniecznością zwiększenie dokładności obróbki ponad
wymagania określone przez konstruktora.
2. Możliwie wcześnie, najlepiej w pierwszej operacji obróbki
zgrubnej, należy obrobić powierzchnię, która może być powierzchnią bazową w wielu dalszych operacjach.
3. Należy określić wszystkie wymagania stawiane powierzchni
obrabianej i tak dobrać powierzchnie bazowe, aby w trakcie obróbki wymagania te zostały spełnione. Trzeba tu zaznaczyć, że
wiele wymagań nie jest opisywanych na rysunku technicznym.
Na przykład bardzo często nie są opisane wymagania, co do prostopadłości wierconych otworów względem powierzchni czołowych.
4. Mając do wyboru powierzchnię surową i powierzchnię obrobioną, jako powierzchnię bazową należy przyjąć powierzchnię
obrobioną.
5. Jako powierzchnię bazową główną należy przyjmować powierzchnię możliwie dużą i możliwie najdalej rozstawiać punkty
podparcia. W przypadku bazy kierunkowej także należy możliwie najdalej rozstawiać punkty podparcia.
6. Przy obróbce dokładnej różnych powierzchni powinno się stosować te same powierzchnie bazowe.
7. Przy doborze wstępnej powierzchni bazowej w przypadku odlewów lub odkuwek można kierować się następującymi zaleceniami:
•
Strona 50
Gdy nie wszystkie powierzchnie surówki wymagają obróbki,
jako bazę wstępną poleca się przyjęcie powierzchni, która
pozostanie nieobrobiona.
•
Jako bazę wstępną należy przyjmować te powierzchnie, których usytuowanie jest najbardziej dokładne.
•
W przypadku odlewów wskazane jest przyjąć jako bazę powierzchnię formowaną w dolnej skrzynce.
•
Nie należy przyjmować jako powierzchnię bazową powierzchni, przez którą przechodzi płaszczyzna podziału
formy lub matrycy.
•
Powierzchnia surowa powinna być wykorzystywana do bazowania tylko jeden raz.
Prawidłowe ustalenie ma zasadniczy wpływ na dokładność usytuowania
poszczególnych powierzchni przedmiotu obrabianego. Podczas obróbki
ustalenie nie może zostać naruszone. Nienaruszalność ustalenia osiąga
się poprzez zamocowanie przedmiotu obrabianego – poprzez przyłożenie
sił mocujących do przedmiotu obrabianego. Niezależnie od tego ile
stopni swobody zostało odebranych podczas ustalania, po zamocowaniu
przedmiotu obrabianego, zostają mu odebrane wszystkie stopnie swobody. Ustalenie i zamocowanie nazywamy ustawieniem. Siły zamocowania powinny być na tyle duże, aby przedmiot obrabiany nie zmienił
swego położenia pod wpływem sił skrawania. Zamocowanie jest koniecznością, lecz może prowadzić do odkształceń przedmiotu obrabianego lub nawet do uszkodzeń na powierzchni mocowania. Odpowiedni
dobór kształtu elementów mocujących i miejsc przyłożenia nacisku powinien zmniejszać te zagrożenia.
2.5. Normowanie czasu
Wyznaczenie czasu niezbędnego na wykonanie operacji służy do rozplanowania działań przedsiębiorstwa, obciążenia stanowisk pracy, jest także
jednym z czynników decydujących o wynagrodzeniach pracowników realizujących proces technologiczny. Przeciętny czas trwania operacji T
określany jest zależnością:
T=
T pz
np
+tj,
gdzie: Tpz – czas przygotowawczo-zakończeniowy,
Strona 51
ROZDZIAŁ 2
np – liczba sztuk w partii przedmiotów obrabianych,
tj – czas jednostkowy.
Czas przygotowawczo-zakończeniowy to czas niezbędny na wykonanie
czynności przygotowujących do podjęcia obróbki partii przedmiotów obrabianych i do czynności związanych z zakończeniem tych prac. Będzie
to w szczególności czas potrzebny na zapoznanie się z zadaniem, na
uzbrojenie i ustawienie obrabiarki, wykonanie i sprawdzenie pierwszej
sztuki. Liczba sztuk w partii przedmiotów obrabianych jest decyzją organizacyjną wynikającą z rozplanowania zadań produkcyjnych. Często
realizacja obróbki całej serii dzielona jest na kilka, kilkanaście i więcej
partii.
Czas jednostkowy tj jest związany z wykonaniem danej operacji i jest
sumą składników:
tj = tg + tp + tu,
gdzie:
tg – czas główny, bezpośredniego oddziaływania na przedmiot obrabiany,
tp – czas pomocniczy,
tu – czas uzupełniający.
Czas główny tg może być czasem maszynowym tm lub ręcznym tr lub
sumą tych czasów. Najczęściej jest to czas maszynowy i jest obliczany.
W przypadku operacji wielozabiegowej będzie sumą czasów głównych
poszczególnych zabiegów:
tg = tm =
i1 • L1 i2 • L2
+
+ …,
p m1
pm2
gdzie:
i1, i2, ... – liczba przejść w zabiegu 1, w zabiegu 2, ...
L1, L2, .. - długość drogi jaką wykonuje narzędzie z posuwem roboczym
w kolejnych zabiegach, w mm,
pm1, pm2 ..– posuw minutowy, w kolejnych zabiegach, w mm/min.
Strona 52
Długość drogi L jest nieco większa od długości powierzchni obrabianej l
o długość drogi dobiegu narzędzia ld i drogi wybiegu narzędzia lw
(L = ld + l + lw). Długość drobi dobiegu i wybiegu narzędzia zależy od
geometrii narzędzia i głębokości skrawania oraz wymaga uwzględnienia,
że posuw roboczy włączany jest odpowiednio przed wejściem narzędzia
w materiał obrabiany i wyłączamy w odległości odpowiedniej po
wyjściu narzędzia poza powierzchnię obrabianą, rys.2.8.
lw
ld
l
l
ld
b)
lw
a)
Rysunek 2.8. Długość drogi L: a) przy planowaniu, b) przy wierceniu
Czas pomocniczy tp jest sumą czasu trwania czynności pomocniczych
niezbędnych do przeprowadzenia operacji. Jest to czas takich czynności
jak: mocowanie i odmocowanie przedmiotu obrabianego w uchwycie
obróbkowym, włączanie, wyłączanie i przełączanie ruchu głównego
i posuwowego, zmiana narzędzi i innych czynności związanych z zabiegami. W zależności od wielkości produkcji stosuje się różne metody wyznaczania czasu pomocniczego. Najczęściej czas pomocniczy wyznacza
się z odpowiednich normatywów czasu pomocniczego. Np. czas zamocowania i odmocowania przedmiotu obrabianego w uchwycie samocentrującym w zależności od masy przedmiotu (0,5 ÷ 30 kg) i stanu powierzchni ustalającej przyjmuje się w granicach 0,32 ÷ 3,30 min, a przy
mocowaniu przedmiotu w uchwycie czteroszczękowym z niezależna regulacją szczęk czas ten może dochodzić do 10 min. [4]
Suma czasu głównego i czasu pomocniczego nazywa się czasem wykonania,
tw = tg + tp
Czas uzupełniający tu jest to czas naliczany na operację, a wynika z konieczności wydzielenia pewnej części czasu trwania zmiany na czynności organizacyjno-techniczne, np. na oczyszczenie obrabiarki z wiórów
i przesmarowanie prowadnic, orz na potrzeby fizjologiczne pracownika.
W uproszczony sposób można go określić stosując normatyw wskaźniStrona 53
ROZDZIAŁ 2
kowy czasu uzupełniającego ku. Wtedy czas uzupełniający wyznaczany
jest jako pewien procent czasu wykonania tw,
tu = ku • t w .
Przykład. Należy określić składniki normy czasu operacji tokarskiej. Na
karcie instrukcyjnej zawarty jest rysunek przedmiotu obrabianego oraz
informacje o przyjętych parametrach skrawania, zamieszczono je poniżej.
φ100h11
φ26
3
1 x 45ο
80−0,2
150
Rysunek 2.9. Rysunek przedmiotu obrabianego do przykładu
o normowaniu czasu pracy
Strona 54
Informacje o operacji
Nr
zabiegu
1
2
3
4
5
Opis zabiegu
Planować zgrubnie
pow. czołową na
wymiar 81 mm
Planować pow.
czołową na
wymiar 80 mm
Toczyć zgrubnie
na φ 102 mm
Toczyć na
φ100h11
zachowując wym.
80-0,2
Fazować 1x 45o
i
1
1
1
L
mm
D
mm
n
obr/min
v m/min
po
mm/obr
g mm
42
110
355
123
0,4
3
NNZc
40
110
630
218
0,25
1
NNZc
85
110
315
109
0,35
4
NNBe
81
102
710
227
0,25
1
NNBe
1
100
710
223
ręczny
-
NNZc
Narzędzie
1
1
Wyznaczenie czasu głównego i czasu pomocniczego operacji ( w min.)
Nr
zabiegu
1
2
3
4
5
Suma
Czas
główny
tm
tr
Czas pomocniczy
Suma
Mocowanie . Zmiana Zmiana Zmiana Związany
i odmocow. narzędzia posuwu obrotów
z
przedmiotu
zabiegiem
0,30 0,06
0,06
0,16
0,25 0,06
0,06
0,16
0,77 0,08
0,06
0,06
0,16
0,46 0,06
0,06
0,54
- 0,30
0,08
0,02
0,32
1,78 0,30
0,32
0,16
0,24
0,24
1,04
0,58
0,53
1,13
1,12
0,40
0,32
4,08
Strona 55
ROZDZIAŁ 2
Zestawienie składników normy czasu
Czas przygotowawczo-zakończeniowy
Zapoznanie się z
5
zadaniem
Przygotowanie obrabiarki
15
Kontrola pierwszej sztuki
3
Inne czynności
10
Czas przygotowawczo –
zakończeniowy Tpz
33
Czas jednostkowy tj
Czas główny tg
2,08
Czas pomocniczy tp
Czas wykonania
Normatyw czasu
uzupełniającego ku= 0,20
Czas uzupełniający tu
Czas jednostkowy tj
2,00
4,08
0,82
4,90
2.6. Technologia obróbki
zewnętrznych powierzchni
walcowych
Obróbkę zewnętrznych powierzchni walcowych, w szczególności różnego rodzaju wałków, przeprowadza się poprzez toczenie, szlifowanie
i sporadycznie poprzez obróbkę powierzchniową zgniotem. Podstawowymi obrabiarkami stosowanymi do obróbki zewnętrznych powierzchni
walcowych są tokarki, i szlifierki kłowe i bezkłowe.
Liczba operacji, ich rodzaj, zastosowane obrabiarki i narzędzia zależą od
wymagań stawianych powierzchniom i wielkości produkcji. Przy wymaganej niewielkiej dokładności, klasy 12 – 11, obróbka powierzchni walcowej może być ograniczona do operacji obróbki zgrubnej.
Przy dokładności 5 – 4 klasy obróbka będzie wymagać 4 operacji: toczenia zgrubnego, toczenia dokładnego, szlifowania i ewentualnie docierania.
Strona 56
a)
b)
Rysunek 2.10. Wykonanie nakiełków na frezarko-nakiełczarce:
a) frezowanie powierzchni czołowych, b) nawiercanie nakiełków [7]
Obróbka wałków najczęściej zaczyna się od operacji wstępnej wykonania nakiełków. Wykonuje się je na tokarce lub wiertarce po uprzednim
trasowaniu ich położenia. W produkcji seryjnej, bez trasowania, nakiełki
wykonuje się na frezarko-nakiełczrce, rys.2.10. Przed kolejnymi stopniami obróbki nakiełki powinny być poprawiane. Nakiełki służą do
ustalania położenia wałka na obrabiarce.
Toczenie zewnętrznych powierzchni
walcowych
Do prac tokarskich przeznaczone są różnego rodzaju tokarki. Można na
nich toczyć zgrubnie i dokładnie. Na niektórych tokarkach można toczyć
gładkościowo.
Przedmioty typu wałek ustalane są w kłach. Jeden z kłów jest osadzony
we wrzecionie (kieł stały) drugi w koniku (kieł obrotowy lub stały).
Ruch obrotowy wrzeciona przenoszony jest na obrabiany przedmiot przy
pomocy różnego rodzaju zabieraków, rys. 2.11, 2,12 i 2.13.
Do najczęściej stosowanych uchwytów tokarskich należą uchwyty samocentrujące, rys. 2.14, jest to podstawowy sposób ustalania i mocowania przedmiotów dość krótkich.
Strona 57
ROZDZIAŁ 2
Rysunek 2.11. Zabierak chomontkowy: a) rysunek poglądowy: 1 – tarcza
zabierakowa, 2 – palec zabieraka, 3 – sercówka; b) oznaczenie
symbolami [7]
Rysunek 2.12. Zabierak czołowy: a) rysunek poglądowy, b) symbol [7]
Rysunek 2.13. Zabierak kłowy: a) rysunek poglądowy, b) symbol [1]
Strona 58
Rysunek 2.14. Mocowanie w uchwycie samocentrującym:
a) schemat uchwytu, b) symbol uchwytu trójszczękowego
samocentrującego obsługiwanego ręcznie, b) pneumatycznego,
c) z przetaczanymi szczękami [7]
Przedmioty posiadające dokładnie obrobiony otwór można ustalać i mocować stosując trzpienie stałe lub rozprężne.
Przy ustalaniu przedmiotów na powierzchniach czworościanu trzeba stosować uchwyt cztero szczękowy z niezależną regulacją położenia każdej
szczeki. W przypadku, gdy ze względu na kształt przedmiotu obrabianego, żaden z typowych sposobów ustalania nie może być zastosowany,
wtedy należy wykonać uchwyt specjalny.
Tokarki dobiera się w zależności od kształtu i wymiarów przedmiotów
obrabianych oraz w zależności od wielkości produkcji. W produkcji jednostkowej niezastąpione są tokarki uniwersalne. Można na nich toczyć
wałki w kłach i przedmioty krótkie ustalane i mocowane w uchwytach
samocentrujących. Poza toczeniem powierzchni walcowych i stożkowych, zewnętrznych i wewnętrznych można dokładnie toczyć nożem
gwinty dzięki śrubie pociągowej i rozbudowanej skrzynce posuwów.
W produkcji mało i średnio seryjnej szerokie zastosowanie znajdują
tokarki kłowe produkcyjne. Zwiększona moc silnika i znaczne prędkości
obrotowe pozwalają osiągnąć dużą wydajność obróbki. Zastosowanie
urządzeń wspomagających pracę robotnika, np. pneumatyczne uchwyty
samocentrujące pozwalają zmniejszyć wysiłek robotnika i skrócić czasy
pomocnicze.
W produkcji mało i średnio seryjnej do toczenia z pręta lub przedmiotów
typu tarcza, tuleja lub krótkich wałków, wymagających obróbki wielu
powierzchni, stosowane są tokarki rewolwerowe. Narzędzia są mocowane w uchwytach związanych z suportem poprzecznym oraz w speStrona 59
ROZDZIAŁ 2
cjalnych oprawkach w głowicy rewolwerowej, pozwalającej na szybkie
wprowadzanie do pracy kolejnego zestawu narzędzi.
NNCa 1212-S10
3
4
Suport poprzeczny
Głowica rewolwerowa
Rysunek 2.15. Uzupełniająca instrukcja technologiczna opisująca
operację tokarską na tokarce rewolwerowej [7]
Głowica rewolwerowa realizuje posuw wzdłużny, toteż powinna być
przede wszystkim wykorzystywana do toczenia lub wytaczania wzdłużnego, ale także do wiercenia i rozwiercania. Do toczenia poprzecznego
powinien być wykorzystywany suport poprzeczny. Powierzchnie, których dokładność nie przekracza 8 klasy można wykonać na gotowo
tocząc zgrubnie a następnie dokładnie. Na rys. 2.15 podano przykład rysunku w uzupełniającej instrukcji technologicznej, obrazujący organizację obróbki na tokarce rewolwerowej
Strona 60
Do toczenia wielostopniowych wałków w produkcji seryjnej stosowane
są tokarki wielonożowe. Operacja toczenia składa się z zabiegów złożonych, polegających na jednoczesnym skrawaniu wielu powierzchni
wieloma nożami.
Przy toczeniu wałków bardzo szeroki zakres zastosowania, od produkcji
małoseryjnej, aż do masowej, mają tokarki kopiarki. Są wyposażone
w jeden lub dwa suporty do toczenia wzdłużnego i suport do toczenia
poprzecznego. Wałki, których dokładność nie przekracza 8 klasy dokładności, można na tych tokarkach przetoczyć na gotowo w dwóch operacjach.
W produkcji wielkoseryjnej i masowej stosuje się różnego rodzaju automaty i półautomaty tokarskie.
Szlifowanie zewnętrznych powierzchni
walcowych
Szlifowanie stosuje się do dokładnej obróbki, gdy wymagana jest dokładność 8 – 5 klasy i chropowatość Ra = 2,5 – 0,63 µm. Obróbką poprzedzającą jest toczenie z dokładnością odpowiadającą 11 lub 10 klasie
dokładności, rys. 2.16. Naddatki na szlifowanie najczęściej kształtują się
w granicach kilku dziesiątych milimetra.
Rysunek 2.16. Szlifowanie kłowe: a) z posuwem wzdłużnym,
b) z posuwem wzdłużnym przy dużej głębokości skrawania [7]
W zależności od sposobu ustalania i mocowania przedmiotu obrabianego
wyróżnia się szlifowanie w kłach, w uchwytach i bezkłowe. W zależności od kierunku posuwu i kierunku wcinania się tarczy ściernej rozróżniamy szlifowanie z posuwem wzdłużnym i z poprzecznym.
Strona 61
ROZDZIAŁ 2
Obróbka wykańczająca zewnętrznych
powierzchni walcowych
W przypadku szczególnie wysokich wymagań w zakresie dokładności
wymiarowej i chropowatości powierzchni lub przy szczególnych wymaganiach, co do stanu warstwy wierzchniej, stosowane są następujące
sposoby obróbki:
•
Toczenie gładkościowe (diamentowanie). Osiąga się 7 – 6 klasę dokładności i chropowatość Ra = 0,63 – 0,04 µm.
•
Szlifowanie gładkościowe. Osiąga się 6 – 5 klasę dokładności i chropowatość Ra = 0,32 – 0,04 µm.
•
Dogładzanie oscylacyjne (superfinish). Osiąga się 6 – 5 klasę dokładności i chropowatość Ra = 0,04 – 0,01 µm.
•
Polerowanie ścierne. Osiąga się chropowatość Ra = 0,63 –
0,01 µm. Polerowanie może spowodować obniżenie
dokładności wymiarowej. Pogłębia też niekorzystny stan
naprężeń w warstwie wierzchniej.
•
Obróbka powierzchniowa zgniotem, np. poprzez krążkowanie lub kulkowanie. Osiąga się 8 – 5 klasę dokładności
i chropowatość Ra = 0,32 – 0,16 µm. Głównym powodem
stosowania tej obróbki jest korzystne ukształtowanie stanu
warstwy wierzchniej, poprzez wzrost umocnienia i wprowadzenie naprężeń ściskających.
Przykład procesu technologicznego obróbki wałka w produkcji
średnioseryjnej
Surówką jest odkuwka kuta matrycowo.
0,63
φ... k6
φ... h8
φ... k6
0,63
Wielowypust R a=0,63
Pozostałe powierzchnie R a = 2,5
Rysunek wykonawczy przedmiotu obrabianego
Strona 62
Wykaz operacji
Nr operacji i opis operacji
10. Frezować czoła i nawiercać nakiełki
Frezarko-nakiełczarka
20
Toczenie I wg instrukcji
1.
Toczyć zgrubnie powierzchnie walcowe
2.
Toczyć wykańczająco powierzchnie walcowe z pozostawieniem
naddatków na szlifowanie czopa i powierzchni zewnętrznej wielowypustu
3.
Planować powierzchnie czołowe
4.
Toczyć podcięcia i fazować
Tokarka wielonożowa
Klasa dokładności: 8
Chropowatość Ra=2,5
30
Toczenie II wg instrukcji
5.
Toczyć zgrubnie powierzchnie walcowe
6.
Toczyć wykańczająco powierzchnie walcowe z pozostawieniem
naddatku na szlifowanie czopa
7.
Planować powierzchnie czołowe
8.
Toczyć podcięcia i fazować
Tokarka
wielonożowa
Chropowatość
Ra=2,5
40
Kontrola jakości
Strona 63
ROZDZIAŁ 2
50
Frezować wielowypust
Frezarka
wielowypustów
do
60
Toczyć gwint
Tokarka uniwersalna
70
Stępić ostre krawędzie
80
Kontrola jakości
90
Hartować powierzchniowo czopy
Stanowisko ślusarskie
Hartownia
100 Kontrola jakości
110 Szlifować powierzchnie walcowe czopów
powierzchnię zewnętrzną wielowypustu
i
Szlifierka kłowa
120 Szlifować wielowypust
Szlifierka do
wielowypustów
Strona 64
130 Końcowa kontrola jakości
otworów
Do wykonywania otworów stosuje się następujące sposoby obróbki: nawiercanie, wiercenie i powiercanie, pogłębianie, rozwiercanie, roztaczanie i wytaczanie, przeciąganie, szlifowanie, obróbkę powierzchniową
zgniotem. Podstawowym narzędziem do wykonywania otworów w pełnym materiale są wiertła. W przypadku otworów odlanych lub odkutych
nie powinno się zaczynać obróbki skrawaniem od wiercenia. Możliwość
występowania w odlewach i odkuwkach nierównomiernego naddatku na
obróbkę i nierównomiernej twardości warstwy skrawanej powoduje nierównomierne obciążenie krawędzi skrawających, co przy niewielkim
przekroju rdzenia wiertła może prowadzić do odchylenia osi wiercenia,
a nawet do złamania wiertła. Obróbkę otworów odlanych lub odkutych
należy więc zaczynać stosując inne sposoby obróbki, np. roztaczanie.
Nawiercanie, wiercenie i powiercanie,
pogłębianie, rozwiercanie
Nawiercanie poprzedza wiercenie typowym wiertłem krętym i polega na
zapoczątkowaniu wiercenia specjalnym wiertłem o kącie wierzchołkowym 90-100o mniejszym od kąta wierzchołkowego typowych wierteł
krętych. Unika się w ten sposób bardzo niekorzystnej sytuacji wiertła
krętego w fazie początkowej rozpoczynania skrawania. Bez wstępnego
nawiercenia wiertło kręte rozpoczyna skrawanie atakując powierzchnię
obrabianą ścinem. W tej fazie łatwo może dojść do nierównomiernego
Strona 65
ROZDZIAŁ 2
obciążenia wiertła siłą prostopadłą do osi wiertła, co przy smukłym
rdzeniu wiertła, podobnie jak przy wierceniu powierzchni odlanych lub
odkutych, prowadzi do odchylenia osi wiercenia, a nawet do złamania
wiertła. Powierzchnie surówek o znacznej nierówności i o nierównomiernym rozkładzie twardości pogłębiają takie zagrożenie, toteż, jeżeli
jest to możliwe, to obróbkę tych powierzchni należy usytuować przed
operacją wiercenia. W przypadku stosowania tulejek wiertarskich nawiercanie można pominąć, gdyż odchyleniu wiertła będzie zapobiegać
tulejka wiertarska.
Wierceniem nazywamy wykonywanie otworu wiertłem w pełnym materiale. Powiększanie średnicy uprzednio wywierconego otworu nazywamy powiercaniem.
Najbardziej popularnymi narzędziami do wiercenia niezbyt długich
otworów (najlepiej o długości ≤ 3d) są wiertła kręte. Do wiercenia otworów długich, o średnicy do 60 mm stosuje się wiertła lufowe i działowe,
a w przypadku większych średnic wiertła rurowe. Dokładność otworów
wierconych odpowiada 12 klasie dokładności. Stosując tulejki wiertarskie można osiągnąć 11 klasę dokładności.
Rysunek 2.17. Zabiegi wiertarskie: a) wiercenie, b) powiercanie,
c) rozwiercanie zgrubne, d) rozwiercanie wykańczające,
e) pogłębianie otworu pod płaski łeb śruby, f) pogłębianie otworu pod
stożkowy łeb śruby, g) obróbka powierzchni czołowej nadlewka
pogłębiaczem nożowym [7]
Strona 66
Do wykonywania powierzchni obrotowych o różnych kształtach stosuje
się narzędzia wieloostrzowe zwane pogłębiaczami. Na rys. 2.17 podano
typowe przykłady zastosowania wierteł, rozwiertaków i pogłębiaczy.
Gdy wymagana jest dokładność 9 – 7 klasy dokładności można stosować
rozwiertaki. Rozwiercanie poprzedzone jest wierceniem z pozostawieniem odpowiedniego niewielkiego naddatku na dalszą obróbkę. Osiągnięcie 7 klasy dokładności wymaga zastosowania dwóch rozwiertaków.
Najpierw otwór rozwiercamy rozwiertakiem zgrubnym (dokładność do
9 klasy), a następnie rozwiertakiem wykańczakiem. Chropowatość Ra
otworów rozwiercanych wynosi 2,5 – 0,16 µm.
Roztaczanie i wytaczanie
Roztaczanie i wytaczanie polega na powiększaniu nożem tokarskim lub
wytaczadłem średnicy uprzednio wykonanego otworu, np. otworu odlanego lub wierconego. Roztaczaniem nazywamy powiększanie średnicy
otworu, gdy przedmiot obrabiany wykonuje ruch obrotowy. Taką sytuację mamy w przypadku powiększaniu otworu na tokarce. Gdy ruch obrotowy wykonuje narzędzie mówimy o wytaczaniu, rys. 2.18.
a)
b)
Rysunek 2.18. Odmiany wytaczania otworów: a) bez podparcia,
b) z podparciem.
Wytaczanie znajduje szerokie zastosowanie przy dokładnej obróbce
otworów w różnego rodzaju korpusach. Wytaczanie pozwala uzyskać 7
a nawet 6 i wyższą klasę dokładności.
Przeciąganie i przepychanie
Przeciąganie stosowane jest najczęściej do dokładnej obróbki otworów
kształtowych. Przy produkcji wielkoseryjnej i masowej stosowanie przeciągaczy może być opłacalne także do wykańczającej obróbki otworów
Strona 67
ROZDZIAŁ 2
walcowych. Przeciągacze są narzędziami drogimi, gdyż wykonywane są
do konkretnego zadania i z drogiej stali szybkotnącej.
Przeciąganie pozwala uzyskać 6 ÷ 8 klasę dokładności i niewielką
chropowatość, nawet Ra = 0,16 µm. Otwory pod przeciąganie są
wstępnie obrabiane. Na przeciąganie pozostawia się naddatek od 0,3 do
1 mm na średnicy dla otworów o wymiarach w granicach 10 ÷ 50 mm.
Przy otworach krótkich, gdy stosunek długości otworu do średnicy jest
mniejsza niż 1,5, można stosować przepychacze.
Przeciąganie jest obróbką wysoko wydajną.
Szlifowanie otworów
Szlifowanie umożliwia uzyskanie wysokiej dokładność (5 klasę dokładności wg ISO) oraz chropowatość Ra = 0,32 ÷ 0,16 µm. Szlifowanie stosuje się głownie do wykańczającej obróbki otworów w materiałach
twardych, powyżej 32 HRC, a w szczególności po hartowaniu. Może być
także stosowane do materiałów miękkich.
Wykańczająca obróbka otworów
Wymienić tu trzeba dwie grupy metod obróbki: ścierną i powierzchniową zgniotem. Metody ścierne, takie jak gładzenie (honowanie) i dogładzanie (superfinish) pozwalają uzyskać bardzo dużą dokładność wymiarową i kształtową i wysoką gładkość powierzchni. Narzędziem przy
gładzeniu jest głowica wyposażona w osełki z materiału ściernego, dociskane do powierzchni obrabianej. Głowica wykonuje ruch obrotowy
i posuwisto-zwrotny, rys. 2.19a. (Ruch posuwisto-zwrotny może wykonywać przedmiot obrabiany.) Uzyskuje się 6 ÷ 5 klasę dokładności
i chropowatość do Ra = 0,04 µm. Honowanie znajduje duże zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym do wykańczającej obróbki cylindrów
silników i otworów w korbowodach.
Jeszcze wyższe gładkości powierzchni osiąga się po dogładzaniu,
Ra = 0,04 ÷ 0,01µm. Jest to metoda, którą należy zliczyć do metod
bardzo dokładnej obróbki, lecz trzeba tu zaznaczyć, że w istocie
o osiągniętej dokładności decyduje obróbka poprzedzająca, gdyż
warstwa zdejmowana podczas dogładzania wynosi kilka mikronów,
a więc w granicach chropowatości pozostałej po poprzedniej obróbce.
Strona 68
a)
b)
Rysunek 2.19. Szkic poglądowy obróbek wykańczających otworów:
a) honowania, b) przetłaczania kulką
Obróbkę powierzchniową zgniotem w przypadku otworów przeprowadza się stosując nagniatanie toczne lub przetłaczanie ślizgowe, rysunek 2.19b. Głównym celem obróbki jest osiągnięcie korzystnego stanu
warstwy wierzchniej i wysokiej gładkości. Przy nagniataniu tocznym powierzchni stalowych osiąga się chropowatość do Ra = 0,63 µm, a przy
przetłaczaniu ślizgowym do Ra = 0,32 µm.
powierzchni płaskich
Do obróbki powierzchni płaskich stosuje się:
•
struganie i dłutowanie,
•
frezowanie,
•
przeciąganie,
•
planowanie powierzchni czołowych na tokarkach, wiertarkach, wytaczarkach i szlifierkach,
•
szlifowanie,
•
różne sposoby obróbki powierzchniowej.
Strona 69
ROZDZIAŁ 2
Struganie i dłutowanie
Struganie i dłutowanie jest obecnie sporadycznie stosowane. Zastosowanie strugania jest opłacalne w przypadku obróbki długich i wąskich powierzchni, np. prowadnic różnego rodzaju urządzeń. Przy stosowaniu
sztywnych strugarek wzdłużnych można osiągnąć wysoką dokładność
kształtową (prostoliniowość). W produkcji jednostkowej dłutowanie jest
nie do zastąpienia w przypadku wykonywania kanałów wpustowych.
Frezowanie
Frezowanie jest podstawowym sposobem obróbki powierzchni płaskich,
poczynając od produkcji jednostkowej, aż po produkcję masową. Największa wydajność osiąga się stosując frezowanie czołowe głowicami
frezowymi o ostrzach z węglików spiekanych. Frezowanie czołowe pozwala także uzyskać, w porównaniu z frezowaniem obwodowym, mniejszą chropowatość powierzchni. Dłuższa jest natomiast długość drogi dobiegu i wybiegu narzędzia, rys. 2. 20.
Długość drogi L można określić z następujących wzorów:
- przy frezowaniu obwodowym:
L = ld + l + lw ,
ld = g (D − g ) ,
l w = (0,03 ÷ 0,05) D ,
gdzie:
D – średnica freza walcowego,
g – głębokość frezowania
Strona 70
b)
lw
g
g
a)
ld
l
B
L
lw
ld
l
L
Rysunek 2. 20. Długość drogi L przy frezowaniu: a) obwodowym,
b) czołowym
= przy frezowaniu czołowym (planowaniu):
ld ≈ 0 ,
lw =
(
)
1
D − D2 − B2 ,
2
gdzie:
D – średnica freza czołowego
B – szerokość frezowania.
W zależności od wymaganej dokładności i chropowatości, wielkości
naddatków, wielkości produkcji i obrabiarek znajdujących się w dyspozycji, obróbkę powierzchni przeprowadza się w jednej lub dwóch operacjach.
Przy dokładności poniżej 9 klasy, frezowanie, w zależności od wielkości
naddatku, przeprowadza się w jednym lub dwóch przejściach.
Przy dokładności 9 ÷ 8 klasy, w produkcji jednostkowej należy zastosować dwa zabiegi: frezowanie zgrubne i frezowanie wykańczające.
W produkcji seryjnej, przy zastosowaniu konwencjonalnych obrabiarek,
ze względu na ustawianie freza na wymiar obróbkowy, należy frezowaStrona 71
ROZDZIAŁ 2
nie przeprowadzić w dwóch operacjach. Jeżeli do frezowania zostanie
zastosowana współczesna obrabiarka sterowana numerycznie, z szybkim
i dokładnym ustawianiem wymiaru obróbkowego, wtedy także frezowanie można przeprowadzić w jednej dwuzabiegowej operacji.
W wielu przypadkach można jednocześnie frezować wiele powierzchni.
Przy frezowaniu obwodowym frezami walcowymi lub tarczowymi jednoczesną obróbkę można przeprowadzić przy każdej wielkości produkcji, a więc także w produkcji jednostkowej, oczywiście pod warunkiem,
że zakład posiada frezarkę z poziomą osią wrzeciona. Przy jednoczesnym frezowaniu wielu powierzchni frezami czołowymi obrabiarka musi
posiadać odpowiednią liczbę wrzecion. Wymaga to zastosowania frezarki specjalnej lub obrabiarki zespołowej. Wymaga to odpowiedniej
inwestycji, co może być opłacalne dopiero w produkcji wielkoseryjnej
lub masowej. Przykłady jednoczesnej obróbki wielu powierzchni przedstawiono na rys. 2.21. Szersze omówienie sposobów organizacji frezowania jest zamieszczone w pracy [7].
Rysunek 2.21. Jednoczesne frezowanie wielu powierzchni: a) zespołem
frezów na frezarce jednowrzecionowej, b) na frezarce wielowrzecionowej
[7]
Przeciąganie powierzchni zewnętrznych
Jest to bardzo wydajny sposób obróbki, pozwalający uzyskać wysoka
dokładność (5 ÷ 6 klasa dokładności) i niewielką chropowatość powierzchni, Ra = 0,32 ÷ 0,16 µm. Istota przeciągania powierzchni zewnętrznych jest przedstawiona na rys. 2.22.
Strona 72
Zęby
kalibrujące
Zęby
skrawające
Przeciągacz
Przedmiot
obrabiany
Rysunek 2.22. Schemat przeciągania powierzchni zewnętrznych
Przy obróbce powierzchni wewnętrznych przeciąganie jest poprzedzone
innym sposobem obróbki, na przykład roztaczaniem. Przy przeciąganiu
powierzchni zewnętrznych możliwa jest obróbka powierzchni surowych.
Naddatek może dochodzić do 6 mm przy przeciąganiu powierzchni surowych, a przy powierzchniach wstępnie obrobionych, np. frezowaniem,
przyjmuje się go w granicach 1 mm. Długość powierzchni przeciąganych nie może być zbyt duża. To ograniczenie wynika z długości skoku
suwaka roboczego przeciągarki. Ze względu na koszt przeciągarki
i koszt przeciągacza opłacalność tego sposobu obróbki można osiągnąć
w produkcji, co najmniej, seryjnej.
Obróbka powierzchni czołowych na tokarkach
Obróbkę powierzchni czołowych na tokarkach, tzw. planowanie, przeprowadza się najczęściej z posuwem poprzecznym. Niewielkie powierzchnie czołowe można toczyć z posuwem wzdłużnym. Przykłady
obróbki powierzchni czołowych na tokarkach zamieszczono na rys. 2.23.
Strona 73
ROZDZIAŁ 2
a)
b)
c)
Rysunek 2.23. Toczenie powierzchni czołowych: a) z posuwem
poprzecznym, b) z posuwem wzdłużnym, c) równoczesne planowanie
dwóch powierzchni
Obróbka powierzchni pogłębiaczami
Pogłębiaczami obrabia się najczęściej niewielkie powierzchnie płaskie
lub stożkowe. Typowym przykładem takiej powierzchni jest niewielka
powierzchnia płaska nadlewka wokół otworu, stykająca się z łbem śruby
lub nakrętki. Zachowanie prostopadłości tej powierzchni do osi otworu
zapobiega obciążeniu śruby nierównomiernym rozkładem naprężeń. Pogłębianie można prowadzić na wiertarkach, tokarkach i wytaczarkach.
Na rys. 2.24a przedstawiono obróbkę powierzchni czołowej na wiertarce. Narzędziem jest pogłębiacz czołowy wyposażony w pilota prowadzącego. Pogłębiacze czołowe są narzędziami specjalnymi. Na kolejnym
rysunku 2.24b pokazano wykonywanie powierzchni stożkowej pogłębiaczem stożkowym. Tak np. wykonuje się pogłębienia pod stożkowe łby
wkrętów. Innym przykładem niewielkich powierzchni stożkowych obrabianych pogłębiaczami są wymiarowane fazy.
a)
b)
c)
Rysunek 2.24. Przykłady pogłębiania: a) planowanie powierzchni
nadlewka, b) pogłębianie stożkowe, c) równoczesne wiercenie i
pogłębianie dwóch otworów na obrabiarce zespołowej
Strona 74
Na rys. 2.24c podano przykład powiązania wiercenia otworu z planowaniem powierzchni czołowej. Takie rozwiązania są często stosowane
w produkcji wielkoseryjnej.
Szlifowanie powierzchni płaskich
Szlifowanie stosowane jest do dokładnej obróbki powierzchni, od których wymagana jest 7 ÷ 5 klasa dokładności i chropowatość poniżej
Ra=2,5 µm, a w szczególności do obróbki powierzchni utwardzonych, po
hartowaniu. Różne sposoby szlifowania przedstawiono na rys. 2.25.
Obróbką poprzedzająca jest najczęściej frezowanie lub przeciąganie. Na
szlifowanie pozostawia się niewielki naddatek, około kilku dziesiątych
mm. Powierzchnie nie obrabiane cieplnie przeważnie szlifuje się w jednej operacji. Przy powierzchniach utwardzonych i przy górnych wymaganiach w zakresie dokładności i chropowatości, szlifowanie rozbija się
na szlifowanie zgrubne i wykańczające. Może to być jedna dwuzabiegowa operacja lub dwie oddzielne operacje. Przedmiot obrabiany mocowany jest w na stole magnetycznym lub w uchwycie mechanicznym,
specjalnym – przy produkcji seryjnej lub większej.
Szlifowanie stosowane jest także do obróbki zgrubnej powierzchni surowych, lecz wymaga to dokładnych surówek, z naddatkami poniżej
1 mm.
a)
c)
b)
Rysunek 2.25. Sposoby szlifowania płaszczyzn: a) szlifowanie
obwodowe ściernicą płaską wąską, b) szlifowanie obwodowe ściernicą
szeroką, c) szlifowanie czołowe ściernicą garnkową
Strona 75
ROZDZIAŁ 2
Obróbka wykańczająca (powierzchniowa)
powierzchni płaskich
W celu nadania powierzchni wysokiej gładkości, szczególnych właściwości warstwy wierzchniej lub innych szczególnych cech stosuje się
różne sposoby obróbki wykańczającej, a mianowicie:
Strona 76
•
Skrobanie płaszczyzn - głównym celem jest osiągnięcie wysokiej dokładności kształtowej – płaskości.
•
Frezowanie gładkościowe – pozwala uzyskać chropowatość
Ra=0,63 ÷ 0,32 µm i dokładność 7 ÷ 6 klasy dokładności.
•
Śrutowanie strumieniowe – powoduje umocnienie warstwy
wierzchniej i usunięcie wad powierzchniowych, co powoduje zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej.
•
Bębnowanie – stosowane do małych przedmiotów, podwyższa gładkość powierzchni do Ra = 0,63 ÷ 0,04 µm.
•
Obróbka powierzchniowa zgniotem, polega na nagniataniu
powierzchni głowicą kulkową. Podobnie jak w przypadku
śrutowania strumieniowego prowadzi do umocnienia warstwy wierzchniej. O ile w przypadku śrutowania trudno mówić o wysokiej gładkości, to nagniatanie głowicą kulkową
może podwyższyć gładkość powierzchni do Ra=0,32÷0,16 µm.
•
Docieranie – najczęściej celem tej obróbki jest dopasowanie
dwóch powierzchni do siebie w celu uzyskania wysokiej
szczelności, np. docieranie zaworów silnika do gniazd zaworów. Niejako przy okazji obróbka ta prowadzi do nadania
powierzchni bardzo wysokiej gładkości, Ra=0,08 ÷ 0,01 µm,
a także wysokiej dokładności wymiarowej.
•
Polerowanie – nadaje powierzchni wysoką gładkość,
Ra=0,63 ÷ 0,02 µm i połysk. Polerowanie ma niekorzystny
wpływ na stan warstwy wierzchniej i może pogorszyć dokładność kształtową.
Przykład procesu technologicznego obróbki przedmiotu typu
korpus
Należy wykonać 1000 sztuk przedmiotów określonych na rysunku konstrukcyjnym (poniżej).
φ 40H7
83-0,4
56-0,2
38
32
26
10
96-0,4
10
2,5
2,5
φ 78h7
φ 64
2,5
104
65
12
φ10
175
206
Surówką jest odlew z żeliwa szarego (200 HB) odlewany do form piaskowych. Naddatki na obróbkę przyjęto o wartości 3 mm. Obróbka będzie realizowana w 10 partiach po 100 sztuk. Pierwszą operacją będzie
frezowanie powierzchni podstawy korpusu. Ze względu na wymaganą
gładkość powierzchni tej nie można obrobić w jednym przejściu. Naddatek zostaje podzielony następująco: frezowanie zgrubne – 2 mm, frezowanie wykańczające 1 mm. Trzeba rozstrzygnąć zagadnienie. Czy
powierzchnię tę obrabiać w jednej operacji w dwóch zabiegach, czy
Strona 77
ROZDZIAŁ 2
w dwóch jednozabiegowych operacjach? W pierwszym przypadku
mamy spełnioną zasadę, że powierzchnię surową tylko raz powinno się
wykorzystywać do ustalania, lecz taka decyzja oznacza wydłużenie
czasu operacji, gdyż dwukrotnie w każdej operacji trzeba ustawiać
obrabiarkę, raz na wymiar 27 mm, a następnie na wymiar końcowy
26 mm. Jeżeli wymiar obróbkowy jest ustalany na ustawiaku, to
należałoby skłonić się do drugiego rozwiązania. Miałoby to jeszcze
dodatkową zaletę. Można by zastosować do frezowania wykańczającego
frez o większej średnicy, co zapewniłoby większą stabilność pracy freza.
Tu przyjęto pierwsze rozwiązanie.
Strona 78
Operacja 10. Frezowanie podstawy korpusu
Lp
Nazwa zabiegu
1.
Frezować
zgrubnie na
wymiar 27 mm
Frezować
wykańczająco na
wymiar 26 mm
B
mm
L
mm
i
v
m/min
n
obr/min
pt
mm/min
g
mm
125
104
234
1
100
250
150
2
125
104
234
1
100
250
100
1
2,5
26
2.
D
mm
Powierzchnia podstawy będzie planowana frezem czołowym typu B
z sześcioma płytkami wieloostrzowymi (wg PN-ISO 6462 : 1996),
o średnicy 125 mm. Przy frezowaniu zgrubnym przyjęto posuw
pz=0,1 mm/ząb, a przy frezowaniu wykańczającym na Rz = 2,5 µm przyjęto posuw po = 0,4 mm/obr.
Strona 79
ROZDZIAŁ 2
Operacja 20. Frezowanie półek na wymiar 32 mm
L Nazwa zabiegu
p
1. Frezować „na
gotowo” półkę I
na wymiar 32
mm
2. Frezować „na
gotowo” półkę II
na wymiar 32
mm
B
mm
L
mm
i
v
m/min
n
obr/min
pt
mm/min
g
mm
125
24
129
1
100
250
250
3
125
24
129
1
100
250
250
3
10
32
10
D
mm
Wymagania stawiane powierzchni półki są na granicy frezowania wykańczającego. Można więc było, tak jak poprzednio, obróbkę każdej
półki rozbić na dwa zabiegi. Proponuje się jednak obróbkę każdej półki
przeprowadzić w jednym przejściu. Zastosowano frez trzpieniowy walcowo-czołowy z sześcioma płytkami wymiennymi o średnicy 50 mm.
Przyjęto posuw po = 1 mm/obr. Założono, że przedmiot będzie ustalany
i mocowany w specjalnym uchwycie podziałowym pozwalającym na
szybkie wprowadzenie drugiej półki do obróbki.
Strona 80
Operacja 30. Wiercenie 4 otworów
Nazwa zabiegu
1.
Wiercić dwa otwory
φ 10
Wiercić dwa otwory φ 9
Rozwiercać zgrubnie na
φ 9,8
Rozwiercać
wykańczająco dwa
otwory na
φ 10 H7
i
v
m/min
n
obr/min
po
mm/obr
g
mm
10
36
1
19,8
630
0,40
5
9
35
1
20,1
710
0,40
4,5
9,8
35
1
11
355
0,60
0,4
10
42
1
11
355
1,30
0,1
Dwa otwory φ 10
19,5
4
L
mm
65
2.
3
D
mm
32
Lp
15,5
175
Dwa otwory φ 10 H7
Konstruktor korpusu nie wymaga podwyższonej dokładności wykonania
otworów. Jednak ze względu na ustalanie przedmiotu obrabianego
w kolejnych operacjach dwa otwory zostaną rozwiercone na wymiar
φ10H7. Pozwoli to na zastosowanie ustalania na dwóch kołkach, pełnym
i ściętym.
Strona 81
ROZDZIAŁ 2
Operacja 40. Toczenie i roztaczanie
L i
v
mm
m/min
32,0 1 187
58,0 1 74
n
obr/min
710
280
po
mm/obr
0,1
0,4
g
mm
3
4,2
39,0 1
78
355
0,4
3
57,0 1
87
355
0,3
0,15
0,10
0,05
0,05
57,0 1
87
355
0,2
1,5
87
355
0,2
38
2,5
φ 64
2,5
φ 78h7
1-45o
1
φ 40H7
L
Nazwa zabiegu
D
p
mm
1. Planować na wymiar 96-0,4
84
2. Toczyć zgrubnie:
78,40
φ 78,40
70
φ 70
39,7
Roztaczać zgrubnie φ 39,7
3. Toczyć zgrubnie:
64
φ 64
4. Toczyć średnio dokładnie:
φ 78,10 78,10
Roztaczać średni dokładnie
φ 39,90 39,90
5. Toczyć dokładnie: φ 78 h7
78
40
Roztaczać dokładnie φ 40 Η7
6 Fazować
78
56-0,2
10
96-0,4
Operacja toczenia i roztaczania zostanie przeprowadzona na tokarce rewolwerowej o pionowej osi obrotu głowicy rewolwerowej. Toczenia
wzdłużne i fazowanie będą realizowane narzędziami osadzonymi w głowicy rewolwerowej. Planowanie na wymiar 96-0,4 będzie wykonane nożem osadzonym w imaku nożowym na suporcie poprzeczny. Nie będzie
więc potrzeby zmiany położenia suporty poprzecznego. Operator nie będzie tracił czasu na ustawianie noża na wymiar obróbkowy.
Strona 82
Operacja 40. Frezowanie rowka
Frezować rowek
Zatępić ostre
krawędzie
D
mm
100
B
mm
12
L
mm
137
i
1
v
m/min
19,8
n
obr/min
63
pt
mm/min
75,6
g
mm
13
10
83
1.
2.
Nazwa zabiegu
12
Lp
10
Rowek będzie frezowany na frezarce wspornikowej poziomej frezem
tarczowym trzystronnym ze stali szybkotnącej. Ze względu na znaczną
głębokość rowka zostaje dobrany frez o średnicy 100 mm. Przyjęto
posuw po=1,2 mm, co powinno pozwolić na uzyskanie chropowatości Ra
= 10 mm.
Operacja 50. Końcowa kontrola jakości
Strona 83
ROZDZIAŁ 2
2.9. Literatura
1. Feld M.: Technologia budowy maszyn. Wydawnictwa Naukowe
PWN, Warszawa 2000
2. Kosiewicz T.: Technologia budowy maszyn. PWN, Warszawa
1977
3. Górski E.: Poradnik frezera.
Techniczne, Warszawa 1999
Wydawnictwa
Naukowo-
4. Dudik K., Górski E. : Poradnik tokarza. Wydawnictwa
Naukowo-Techniczne, Warszawa 2000
5. Normatywy technologiczne obróbki skrawaniem. Instytut
Obróbki Skrawaniem, Wyd. Przem. Masz. WEMA, Warszawa
1979
6. Wołk R.: Normowanie czasu na obrabiarkach do obróbki
skrawaniem. WNT, Warszawa 1972
7. Praca zbiorowa pod red. J. Z. Sobolewskiego.: Projektowanie
technologii maszyn, Oficyna wydawnicza Politechniki
Warszawskiej, Warszawa 2007
8. Katalog firmy SECO TOOLS AB
9. Kornberger Z.: Technologia budowy maszyn. WNT, Warszawa
1969
10. Tymowski J.: Technologia budowy maszyn. WNT, Warszawa
1972
Strona 84
3
Programowanie
obróbki na tokarki
i frezarki CNC
W tym rozdziale:
o
o
o
o
Co to jest system CAM, rodzaje systemów CAM
Programowanie tokarek CNC
Rozwiązania konstrukcyjne tokarek CNC. Układ osi
tokarki CNC. Import geometrii z CAD do CAM.
Definiowanie narzędzi. Definiowanie cykli tokarskich
Programowanie frezarek CNC
Rozwiązania konstrukcyjne frezarek CNC. Układ osi
frezarek CNC. Punkty odniesienia frezarek CNC.
Obróbka zgrubna i zgrubna resztek. Obróbka
wykańczająca
Literatura dot. obrabiarek CNC i systemów CAM
ROZDZIAŁ 3
3.1. Wstęp
Wyjaśnienie stosowanych skrótów
W celu łatwiejszego zrozumienia zagadnień poruszanych w niniejszym
rozdziale, poniżej zebrano najważniej z używanych skrótów i akronimów wraz z ich tłumaczeniem:
CAD (ang. Computer Aided Design) – oprogramowanie do komputerowego wspomagania projektowania – najczęściej oznacza systemy komputerowe do tworzenia i edycji płaskiej dokumentacji technicznej (systemy 2D CAD) albo systemy do przestrzennego modelowania bryłowopowierzchniowego (3D CAD).
CAE (ang. Computer Aided Engineering) – oprogramowanie do komputerowego wspomagania prac inżynierskich – zwykle są to systemy
komputerowe do analiz inżynierskich jak np.: analizy wytrzymałościowe, termiczne, kinematyczne, dynamiczne, analizy przepływów, itp.
CAM (ang. Computer Aided Manufacturing) – oprogramowanie do
komputerowego wspomaganie wytwarzania – najczęściej rozumie się
systemy komputerowe do generowania ścieżek narzędzi dla obrabiarek
CNC (tokarek, frezarek, wycinarek drutowych);
CNC (ang. Computer Numerical Control) – komputerowe sterowanie
urządzeń i maszyn – dotyczy to obrabiarek CNC takich jak frezarki
CNC, tokarki CNC, itp.,
OSN – Obrabiarki Sterowane Numerycznie (polski odpowiednik - obrabiarki CNC, obecnie rzadziej używany),
PO – przedmiot obrabiany, czyli kształt który podlega skrawaniu na
obrabiarce.
Strona 86
PROGRAMOWANIE OBRÓBKI NA TOKARKI I FREZARKI CNC
Co to jest system CAM?
Niniejszy rozdział przedstawia podstawowe zagadnienia wspomaganego
komputerowo programowania obrabiarek sterowanych numerycznie
(CNC). Do tego celu w wielu narzędziowniach stosowane są m.in. systemy komputerowe CAM, które służą do generowania ścieżek narzędzi.
Realizowane jest to na wirtualnej geometrii reprezentującej kształt
przedmiotu obrabianego. Obecnie używane w narzędziowniach systemy
CAM są w pełni trójwymiarowe (3D), które pozwalają na pracę na geometrii płaskiej (krawędziowej) jak i przestrzennej (bryłowej i/lub powierzchniowej) tworzonej w modułach CAD systemów CAM lub
w osobnych systemach 2D i 3D CAD. Ogólny tego schemat zawarto na
rys. 3.1.1.
Rysunek 3.1.1. Schemat interaktywnego programowania obrabiarek
CNC z wykorzystaniem systemów CAD i CAM
Pomimo, że skrót CAM oznacza oprogramowanie komputerowe wspomagające różne aspekty wytwarzania m.in. obróbki plastyczne (sterowanie pras do gięcia krawędziowego), montaż, transport międzyoperacyjny,
magazynowanie, itd., to w potocznym rozumieniu (używanym przez
dystrybutorów systemów, a także w ich nazwach), skrótem CAM określa
się oprogramowanie do generowania ścieżek dla obrabiarek ubytkowych
CNC, szczególnie dla tokarek, frezarek, centrów frezarsko- wytaczarskich . Ponadto systemy CAM są stosowane do przygotowywania programów sterujących pracą wycinarek drutowych 2- i 4-osiowych, elektro-drążarek (EDM), wycinarek laserowych i wodnych, niektórych szlifierek, itp.. Niezastąpione są systemy 3D CAM w przypadku obróbek
skomplikowanych powierzchni, spotykanych przy obróbce form wtryskowych lub matryc kuźniczych.
Strona 87
ROZDZIAŁ 3
Rodzaje systemów CAM
Na rynku dostępnych jest wiele profesjonalnych systemów CAM, które
ze względu na stopień integracji z systemami CAD, można podzielić na
trzy grupy:
1. Niezależne programy, mające własne środowisko. Programy
CAM tego typu nie wymagają zainstalowanego systemu CAD.
Systemy te mają własne moduły CAD (zwykle mniej rozbudowane niż typowe parametryczne modelery 3D CAD), w których
można przygotować geometrię krawędziowa lub przestrzenną,
zwykle jednak importuje się ją z zewnętrznego programu CAD.
Z tego powodu niezależne systemy CAM mają bardzo duże
możliwości wczytywania plików w formatach neutralnych
i natywnych systemów CAD. Przykładami takich programów są
m.in.: EdgeCAM, hyperMILL, ESPRIT, Alphacam, Mastercam,
SURFCAM, SprutCAM, GibbsCAM i inne. Część takich programów zaczyna być udostępniana jako niezależne środowiska
lub ma możliwośc integracji z systemami 3D CAD tj. Delcam
PowerMILL.
2. Niezależne programy, integrujące się z systemami 3D CAD.
Programy CAM tego typu integrują się z systemem CAD jako
jego moduł (lub wtyczki), co oznacza, że wymagane jest wcześniejsze zainstalowanie takiego systemu CAD. Przykładami takich systemów CAM są m.in.: SolidCAM (integracja z SolidWorks), HSMWorks (integracja z SolidWorks), NX CAM
Express (integracja z Solid Edge) InventorCAM (integracja
z Autodesk Inventor),, RhinoCAM (integracja z Rhonoceros)
i inne.
3. Zintegrowane systemy 3D CAD/CAM. W takich systemach
komputerowych CAM jest jednym z modułów, do którego przełącza się z trybu CAD. W takich systemach trzeba zwykle mieć
wykupioną licencję na moduł CAM, a nawet na jego części
(np. tylko na toczenie 2-osiowe). Najczęściej zintegrowane systemy CAD/CAM maja moduły CAE do analiz inżynierskich
(wytrzymałościowych, termicznych, kinematyki i dynamiki,
itp.). Do zintegrowanych systemów CAD/CAM można zaliczyć
m.in.: NX (dawniej Unigraphics), CATIA V5, CREO (dawniej
Pro/ENGINEER), ZW3D (dawniej VX), TopSolid.
Strona 88
Zawartość rozdziału
W kolejnych podrozdziałach przedstawiono ogólne zasady pracy w systemach 3D CAM. Szczegółowo pokazano działanie funkcji do generowania ścieżek narzędzi w module tokarskim na geometrii 2D (krawędziowej) oraz w module frezarskim na geometrii 3D (bryłowej).
Działania te bogato zilustrowano zrzutami ekranowymi z programu
EdgeCAM firmy Planit. To oprogramowanie (poza innymi) od wielu lat
jest prezentowane studentom Wydziału Samochodów i Maszyn Roboczych Politechniki Warszawskiej. Licencje edukacyjne systemu EdgeCAM zostały Wydziałowi SiMR bezpłatnie udostępnione przez generalnego dystrybutora, firmę NICOM Computers z Rzeszowa, natomiast do
prywatnej nauki w domu udostępniana jest wersja studencka, którą
można uzyskać za darmo po zarejestrowaniu się na stronie internetowej
www.edgecam.pl. System EdgeCAM w wersji 2009 pracuje pod kontrolą systemu Windows XP/Vista/7 w wersjach 32- i 64-bity. Studencka
wersja instalacyjna tego programu zajmuje na ok. 700 MB i może być
bez problemu kopiowana na nośniki USB, a z nich bezpośrednio daje się
uruchomić instalację. Co do wymagań sprzętowych, to do podstawowej
nauki systemu EdgeCAM 2009 wystarczy komputer PC z procesorem o
częstotliwości 1 GHz oraz o wielkości 1 GB pamięci RAM.
Aby móc sprawnie pracować w systemach 3D CAM, wymagana jest
wiedza nt. budowy i programowania obrabiarek CNC, podstaw obróbki
skrawaniem oraz znajomość zasad pracy w środowiskach systemów 3D
(takich jak modelery 3D CAD). Poniżej na rys. 3.1.2 przedstawiono
ogólny algorytm pracy stosowany w systemie EdgeCAM, a także w
wielu innych niezależnych systemach 3D CAM.
UWAGA!
Przeglądając ogłoszenia o pracę można spotkać się z następującymi określeniami zawodów: operator CNC, operator-programista CNC i programista CNC. Operator CNC to osoba obsługująca
obrabiarkę, która nie musi jej programować, natomiast operator-programista to osoba piszące programy obróbcze ręcznie
wprost na pulpicie obrabiarki CNC, a programista obrabiarek
CNC to osoba generująca programy NC w systemach CAM,
która nie musi umieć obsługiwać obrabiarki CNC (ale powinna
umieć pracować w systemach CAD).
Strona 89
ROZDZIAŁ 3
Rysunek 3.1.2. Algorytm pracy w systemach 3D CAM
3.2. Programowanie tokarek
CNC
Rozwiązania konstrukcyjne tokarek CNC
W przemyśle maszynowym wśród wielu obrabiarek skrawających CNC,
najczęściej spotykane są pionowe frezarki 3-osiowe oraz poziome tokarki 2-osiowe.
Najczęściej tokarki 2-osiowe spotykane są w dwóch wersjach konstrukcyjnych. Pierwsze wzorowane na maszynach sterowanych ręcznie
(konwencjonalnie), które mają narzędzia mocowane w imaku znajdującym się przed osią wrzeciona. Taki układ osi jest wygodny dla operatorów tokarek konwencjonalnych, którzy przekwalifikowują się na maszyny sterowane numerycznie. W drugim rozwiązaniu konstrukcji tokaStrona 90
rek CNC narzędzie znajduje się za osią wrzeciona przedmiotowego, tzw.
za osią toczenia. Taką maszynę pokazano na rysunku 3.2.1, natomiast rysunek 3.2.2 przedstawia budowę wewnętrzną tokarek o takiej konstrukcji.
Rysunek 3.2.1. Układ osi sterowanych 2-osiowej tokarki CNC (model
„TPS 200” firmy CBKO ze sterowaniem Mitsubishi Meldas 500)
Rysunek 3.2.2. Widok na łoże, wrzeciennik, suport i konik 2-osiowej
tokarkę CNC o ozn. „BT-380XL” ze zdemontowanymi osłonami [Xtech]
Strona 91
ROZDZIAŁ 3
Układ osi tokarek CNC
W tokarkach CNC przyjęto, że oś wrzeciona przedmiotowego obrabiarki
wyznacza oś Z, przy czym zwrot dodatni tej osi jest w kierunku od wrzeciona do konika (rys. 3.2.2). Drugą osią sterowaną jest oś X opisująca
kierunek prostopadły dojazdu narzędzi do obrabianego przedmiotu. Na
typowych 2-osiowych tokarkach CNC nie ma możliwości sterowania narzędziami w osi Y (unoszenia ich ponad lub pod oś wrzeciona), wobec
czego w opisie ruchu narzędzi jest ona pomijana. Wobec powyższego
układ osi sterowanych tokarki CNC nazywany jest w systemie
EdgeCAM układem ZX.
Na tokarkach CNC ruch suportu z zamontowanymi narzędziami (nożami
tokarskimi), odbywa się w osiach Z i X. Domyślne większość producentów obrabiarek początek układu osi (tzw. punkt zerowy obrabiarki) ustawia na przecięciu czoła końcówki wrzeciona przedmiotowego z powierzchnią stożkową, na której mocuje się uchwyt tokarski.
Układ osi w systemach CAM
Współczesne systemy 3D CAM służące generowaniu programów dla tokarek CNC przedstawiają obraz na monitorze komputerowym w układzie takim, jak występuję na rzeczywistej obrabiarce CNC. Z tego powodu predefiniowane są w systemach CAM najbardziej typowe widoki,
przy pomocy których użytkownik może oglądać generowane przez siebie ścieżki narzędzi oraz później śledzić symulację ruchów narzędzi
wraz z kształtowaniem przedmiotu obrabianego.
Najważniejszym z predefiniowanych widoków jest widok na płaszczyznę wyznaczaną osiami Z i X. Jest on widokiem głównym podczas pracy
w środowisku tokarskim systemu EdgeCAM, bo na niej widoczne są
profile tokarskie potrzebne do definiowania cykli tokarskich oraz wyświetlane są ścieżki narzędzi. Tak jak w wielu innych systemach 3D
CAD i 3D CAM, w tym programie osie oznaczone są następującymi kolorami: strzałka czerwona oznacza oś X, zielona – oś Y (niewykorzystywana w tokarkach 2-osiowym) oraz strzałka niebieska – oś Z. Dla
łatwiejszego zapamiętania oznaczenia kolorów osi XYZ, można użyć
analogii względem palety kolorów RGB (Red, Green, Blue), wtenczas
XYZ ↔ RGB.
Strona 92
Rysunek 3.2.3. Widok interfejsu systemu EdgeCAM ze wskazaniem na
oznaczenie kierunków układu współrzędnych w module tokarskim
Praktycznie we wszystkich systemach CAM (płaskich i przestrzennych)
widok na płaszczyznę ZX jest ustawiany domyślnie podczas toczenia,
czyli oś Z jest równoległa do dolnej krawędzi monitora, a jej zwrot dodatni jest w kierunku prawym (rys. 3.2). Widok na płaszczyznę ZX jest
głównym widokiem podczas toczenia, bo pokazuje przedmiot obrabiany
z boku. W systemie EdgeCAM widok ten nazwany jest „widokiem tokarskim”.
Rysunek 3.2.4. Widok na przedmiot obrabiany z boku (na płaszczyznę
ZX) definiowany jako główny kierunek patrzenia w modułach tokarskich
systemów 3D CAM
W systemach 3D CAM można oglądać geometrię przedmiotu obrabianego wraz ze ścieżkami narzędzi z dowolnego kierunku. Jednak aby
uprościć nawigację w przestrzeni, w systemach CAM predefiniowany
Strona 93
ROZDZIAŁ 3
jest widok izometryczny (rys. 3.2.5), będący przybliżeniem tego co widzi operator tokarki stojący podczas pracy przed maszyną.
Rysunek 3.2.5. Widok izometryczny na przedmiot obrabiany, jako jeden
z predefiniowanych widoków w modułach tokarskich systemów 3D CAM
Import geometrii z CAD do CAM
Generowanie obróbek tokarskich w systemach CAM może odbywać się
na różne sposoby, w zależności od możliwości danego programu komputerowego. W przypadku prostych obróbek 2-osiowych, generowanie
ścieżek odbywać się może na podstawie płaskiej geometrii krawędziowej (tzw. geometrii 2D). Natomiast obróbki bardziej zaawansowane np.
na centrach tokarskich przy pomocy narzędzi napędzanych (np. wiercenie otworów na pobocznicy walca, grawerowanie napisów, frezowanie
kieszeni), wskazana jest do definiowana ścieżek geometria przestrzenna,
najlepiej geometria bryłowa lub powierzchniowa.
Ze względu na dużą popularność 2-osiowych tokarek CNC, często
opracowuje się programy obróbcze na podstawie dokumentacji płaskiej.
W przypadku stosowania systemów CAM, potrzebna jest dokumentacja
elektroniczna, czyli płaska geometria krawędziowa (tzw. geometrii 2D),
którą rysować można w module CAD systemu CAM lub w osobnym
systemie 2D CAD (np. w systemie AutoCAD). Stosowanie zewnętrznych systemów CAD wymaga przenoszenia geometrii krawędziowej do
systemu CAM. Do tego celu stosowane są najczęściej pliki formatu DXF
lub DWG. Przykład tego został umieszczony na kilkunastu poniższych
rysunkach dokumentacji technicznej wałka atakującego, czyli przygotówki otoczki zębnika przekładni stożkowej, natomiast sam rysunek zaczerpnięto z pakietu ZERO-OSN (rys. 3.2.6a).
Strona 94
Rysunek 3.2.6. Przykład przeniesienia dokumentacji płaskiej wałka
atakującego z systemu 2D CAD (widok w systemie AutoCAD) (a) do
systemu CAM (widok w systemie EdgeCAM po wczytaniu z
automatycznym pomijaniem wymiarów) (b)
Ustawienie geometrii w CAM
Warto zauważyć, że geometria płaska rysowana jest w systemach CAD
zwykle na płaszczyźnie XY (rys. 3.2.7a), więc po imporcie do systemu
CAM zostanie ona dodana na tę właśnie płaszczyznę (rys. 3.2.7b).
Z tego powodu niezbędne jest zdefiniowanie nowego układu współrzędStrona 95
ROZDZIAŁ 3
nych lub transformacja geometrii z układu XY do układu ZX, co pokazano poniżej.
Rysunek 3.2.7. Typowe usytuowania rysunku przedmiotu obrabianego w
systemach 2D CAD (a). Po przeniesieniu go do systemu CAM
wymagane jest przesunięcie zarysu definiującego toczony tak, aby
początek układu współrzędnych był na czole przedmiotu obrabianego (b)
lub zdefiniowanie nowego układu współrzędnych.
W celu poprawnego generowania ścieżek narzędzi tokarskich w poprzez
funkcje systemu CAM, niezbędne jest poprawne zorientowanie układu
współrzędnych (osi Z i X) oraz ustawienie punktu zerowego przedmiotu
obrabianego. Przykład takiego działania pokazano na rys. 3.2.8, gdzie
niebieskim kółkiem oznaczono punkt zerowy przedmiotu obrabianego
(w systemie EdgeCAM nosi nazwę „ZERO”).
Strona 96
Rysunek 3.2.8. Transpozycja układu współrzędnych z układu XY (a) do
układu ZX stosowanego na tokarkach CNC (b)
Niezależnie od typu wczytywanej geometrii (płaska lub przestrzenna)
zwykle w systemach CAM dostępne są dwie metody ustawiania
geometrii do obróbki:
Metoda 1 polega na stworzeniu nowego punktu zerowego w przewidywanym miejscu jego zaczepienia. W ten sposób definiowany jest nowy
lokalny układ współrzędnych, którego osie Z i X wyznaczone są już poprawnie.
Metoda 2 polega na przesunięciu geometrii w taki sposób, aby przewidywany punkt zerowy przedmiotu obrabianego znalazł się w głównym
układzie współrzędnych (rys. 3.6). Następnie wykonywane jest zorientowanie kierunków osi Z i X poprzez dwukrotne obrócenie geometrii
przedmiotu obrabianego wokół jednej z głównych osi (zwykle wokół osi
X o 90° i wokół osi Y o –90°). Efektem tego jest poprawnie ustawione
punkt zerowy i kierunki osi, co pokazano na rys. 3.2.8b. Uproszczeniem
podwójnego obracania geometrii jest użycie dostępnej w niektórych
systemach 3D CAM funkcji do transpozycji geometrii z układu osi XY
do ZX.
Strona 97
ROZDZIAŁ 3
Podsumowując metoda nr 2 z użyciem transponowania jest sugerowana
dla płaskiej geometrii krawędziowej. W przypadku geometrii bryłowej,
lepsza wydaje się metoda nr 1, przy czym coraz więcej systemów 3D
CAM pozwalają na automatyzowanie procesu orientowania układu
współrzędnych w obróbkach tokarskich (automatyczne znajdowanie osi
obrotowej geometrii przedmiotu obrabianego).
UWAGA!
Błędne ustawienie geometrii PO względem kierunków osi zwykle uniemożliwia zdefiniowanie w systemie CAM poprawnych
obróbek.
Geometria przedmiotu obrabianego
Po wczytaniu płaskiej geometrii krawędziowej poprzez plik w formacie
DXF lub DWG, zwykle zachodzi potrzeba przygotowania geometrii
symbolizującej przedmiot obrabiany. Polega to na usunięciu zbędnych
linii, łuków, wymiarów, kreskowania itp. Nieraz potrzeba uciąć niektóre
linie lub coś dorysować, tak aby powstał jeden lub kilka ciągłych profili
(rys. 3.2.9), które następnie posłużą do definiowania właściwych obróbek tokarskich. Takie „oczyszczenie” geometrii można zrobić w użytkowanym systemie CAD albo już w module CAD systemu CAM,
a przykład takiego działania pokazano w niniejszym rozdziale.
Rysunek 3.2.9. Uproszczenie geometrii w celu uzyskania profilu
tokarskiego poprzez skasowanie niepotrzebnych krzywych będących
pierwotnie w dokumentacji 2D wału maszynowego
Geometria półfabrykatu
Osobną sprawą jest zdefiniowanie geometrii półfabrykatu, która jest potrzebna do wizualizacji obróbki, podczas której wybrane do obróbki narzędzi symulują zbieranie materiału z półfabrykatu. Widok kształtu półfabrykatu jest także przydatny do prawidłowego definiowania punktów
Strona 98
startowych cykli tokarskich (m.in. planowania i obróbki zgrubnej).
Kształt półfabrykatu może być określony poprzez zaimportowaną geometrię krawędziową lub bryłową z systemu CAD, szczególnie gdy półfabrykat jest odkuwką lub odlewem skomplikowanym kształcie. Przykłady takich odkuwek wałów maszynowych z kołami zębatymi
pokazano na rys. 3.2.10. Zwykle jednak jest to prosty kształt (pręt okrągły), więc można go prosto zamodelować samemu lub zdefiniować automatycznie, określając tylko jego długość i średnicę oraz położenie
względem przedmiotu obrabianego (zarysu tokarskiego). Przykład zarysu półfabrykatu okalającego profil tokarski pokazano na rys. 3.2.11.
Rysunek 3.2.10. Przykłady półfabrykatów stosowanych w obróbkach na
tokarkach CNC: odkuwka pod koło walcowe (a) i odkuwka wałka
atakującego (b) [Skawiński]
Rysunek 3.2.11. Zarys półfabrykatu przedmiotu obrabianego oznaczony
jako zbiór krzywych na płaszczyźnie ZX
Na podstawie zarysu półfabrykatu możliwe jest w CAM zdefiniowania
geometrii półfabrykatu w postaci obiektu płaskiego (rys. 3.2.12b) lub
przestrzennego (bryłowego). Taki obiekt w systemie EdgeCAM definiuje się poprzez wybór funkcji „Geometria→Półfabrytkat/Uchwyt”,
a następnie wyłącza się tworzenie automatycznego geometrii oznaczaStrona 99
ROZDZIAŁ 3
jącej półfabrykat (jest nim zwykły walec), a jako wskazywany kształt
wybiera się „Tokarski” (rys. 3.2.12a).
Rysunek 3.2.12. Definiowanie geometrii półfabrykatu w systemie
EdgeCAM: okno dialogowe (a) oraz efekt działania funkcji (b)
Osobno zdefiniowana geometria półfabrykatu potrzebna jest w systemach 3D CAM do przeprowadzenia symulacji obróbki, podczas której
widoczne są ruchy narzędzi i zdejmowany jest materiał obrabiany. Podczas symulacji półfabrykat może być także wyświetlany jako geometria
Strona 100
przestrzenna w postaci pocieniowanej (rys. 3.2.13) nieprzezroczystej lub
półprzezroczystej. Wynik symulacji obróbki pokazano na poniższym rysunku.
Rysunek 3.2.13. Widok na zacieniowaną geometrię półfabrykatu jako
efektu symulacji obróbki w systemie EdgeCAM
Definiowanie narzędzi tokarskich
Wykonywany obróbką ubytkową kształt powierzchni zależy przede
wszystkim od drogi po jakiej prowadzone jest narzędzie skrawające,
czyli od ścieżki, którą można generować w systemach CAM. Poza
ścieżką narzędzia, istotny jest kształt używanego narzędzia. W przypadku obróbek tokarskich na obrabiarkach sterowanych numerycznie,
stosowane są noże tokarskie z wymiennymi płytkami z węglików spiekanych. Najpopularniejsze są noże przedstawiono na rys. 3.2.14.
Wg kształtu zastosowanej płytki wieleostrzowej można zauważyć, że
nóż na rys. 3.2.14f stosowany jest zwykle do obróbek zgrubnych,
natomiast noże z rys. 3.2.14d i rys. 3.2.14e stosuje się do obróbek
wykańczających. Do obróbki rowków stosuje się nóż przecinak
(rys. 3.10b), a do toczenia gwintów nóż z rys. 3.2.14c.
Strona 101
ROZDZIAŁ 3
Rysunek 3.2.14. Przykłady noży tokarskich z wymienialnymi płytkami
skrawającymi wykonane z węglików spiekanych (opis w tekście).
W systemach 3D CAM przed wygenerowaniem ścieżki narzędzia na zadanej geometrii, potrzebne jest samodzielne zdefiniowanie narzędzia lub
wybranie z dostarczonej razem z programem biblioteki narzędzi. Taka
biblioteka, zwana nieraz magazynem narzędzi, to rodzaj rozbudowanej
bazy danych zawierającej parametry narzędzi różnego typu (noży tokarskich, wierteł, rozwiertaków, gwintowników, wytaczadeł, nawiertaków,
itp.), co pokazano na rys. 3.2.15.
W bazie danych narzędzi, obok informacji o geometrii przestrzennej
płytki skrawającej oraz części chwytowej (rys. 3.2.16), przechowuje się
też informacje o numerze katalogowym producenta, ilości sztuk dostępnych aktualnie na warsztacie, a także dane technologiczne dla danego
materiału półfabrykatu tj.: głębokość skrawania, prędkość (szybkość)
skrawania oraz posuw roboczy w obróbkach zgrubnych i kształtujących
oraz wykańczających. Te dane technologiczne użytkownik systemu
CAM może podać samemu lub przyjąć zgodnie z zaleceniami producenta i wykorzystać je podczas opracowywania cykli tokarskich.
Strona 102
Rysunek 3.2.15. Widok bazy narzędzi tokarskich z systemu EdgeCAM
Rysunek 3.2.16. Parametry opisujące geometrię wieloostrzowej płytki
skrawającej oraz części chwytowej noża tokarskiego (trzonka)
Na wszystkich poniższych rysunkach w niniejszym rozdziale
pokazywany jest nóż tokarski lewy z rombową płytką skrawającą z
węglika spiekanego o kształcie C, z kątem płytki 80° (rysunek 3.2.17),
Strona 103
ROZDZIAŁ 3
który może być stosowany do planowania czoła oraz obróbek zgrubnych
powierzchni walcowych.
Rysunek 3.2.17. Widok na wirtualną geometrię noża tokarskiego z płytką
rombową C, stosowanego do planowania czoła i obróbek zgrubnych
Pokazana na rys. 3.2.17 geometria przestrzenna części roboczej jak
i części chwytowej noża tokarskiego służy podczas symulacji obróbki do
analizy kolizji z przedmiotem obrabianym jak i uchwytami, a nawet
z podzespołami obrabiarki CNC. Dzięki temu jeszcze na etapie projektowania ścieżek narzędzi można sprawdzić ich poprawność.
Użytkownik systemu CAM może modyfikować położenie tzw. punktu
płytki, dla którego generowana jest ścieżka narzędzia przy pomocy cykli
tokarskich. Najczęściej położenie punktu odniesienia płytki wyznaczony
jest poprzez przecięcie linii równoległych do osi Z i X, stycznych do jej
krawędzi (rys. 3.2.18b). Możliwe jest przestawienie go w inne położenie
np. na styku dolnej krawędzi płytki (rys. 3.2.18c). Taka zmiana, choć
wykonywana rzadko, wymaga wprowadzenia zmian w wartościach korekcji „po długości” dla tego narzędzia.
Podobnie jak w rzeczywistości, w systemach CAM daną płytkę skrawającą można zastosować w innych nożach tokarskich. Przykład taki pokazano na rys. 3.2.19, gdzie płytka rombowa o kształcie C jest zamontowana w nożu wytaczaku. W tym wypadku w parametrach narzędzia
w magazynie wymagane jest określenie kierunków osi Z i X.
Strona 104
Rysunek 3.2.18. Położenie punktu odniesienia płytki skrawającej
oznaczonego czerwonym kółkiem: typowe (a) i inne przykładowe
ustawienie na dolnej krawędzi (b)
Rysunek 3.2.19. Ustawienie noża wytaczaka wg układu współrzędnych
Definiowanie ruchów przygotowawczych
Generowanie ścieżek narzędzi tokarskich w systemach CAM może odbywać się poprzez wskazywanie punktów do których ma dojechać lub
przy użyciu funkcji generujących w sposób automatyczny ścieżki na
podstawie wskazanej geometrii. Przykład ręcznego definiowania ruchów
narzędzia, czyli generowania ścieżki, pokazano na rys. 3.2.20. Jest to
dojazd ruchem szybkim (czerwona linia przerywana) z punktu, gdzie
ostatnio zatrzymało się narzędzie w pobliże półfabrykatu.
Strona 105
ROZDZIAŁ 3
Rysunek 3.2.20. Dojazd narzędzia ruchem szybkim w pobliże
półfabrykatu
Ruch szybki zaplanowano tak, aby zakończył się w pewnej odległości od
zarysu półfabrykatu (rys. 3.2.21), dlatego że jest to przygotowanie do
planowania czoła. Zrobiona tak, bo w rzeczywistości stosowane pręty
jako półfabrykaty nie są przycinane dokładnie, więc dla bezpieczeństwa
w planowaniu wykonane będą przejścia jałowe, ewentualnie skrawające
nierówności na czole przygotówki.
Rysunek 3.2.21. Dojazd narzędziem ruchem szybkim w pobliże
półfabrykatu
Strona 106
W systemach CAM poza ręcznym wskazywaniem punktów oraz definiowanie obróbek (zwanych w EdgeCAM cyklami tokarskimi), wbudowane są dodatkowe funkcje np. do odjazdu ruchem szybkim do punktu
wymiany narzędzia. Punkt wymiany jest określonym miejscem w przestrzeni roboczej tokarki CNC, gdzie może nastąpić np. bezpieczny obrót
głowicy rewolwerowej lub może być pobranie nowe narzędzie z magazynu narzędzi. Opisana funkcja tworzy ścieżkę ruchu szybkiego, która
jest wyświetlana w przestrzeni systemu CAM, a także analizowana podczas symulacji ruchów narzędzia oraz symulacji obróbki.
Planowanie czoła
Funkcja systemu CAM zwana „planowaniem” lub „cyklem planowania”
stosowana jest do wyrównania czoła przedmiotów (wałów, tarcz) obrabianych na tokarkach CNC. W przypadku planowania czoła przedmiot
obrabiany nie może być podparty kłem konika, a jego ustalenie i zamocowanie zapewnia uchwyt tokarski.
Wobec powyższego planowanie czoła pokazano na innym przykładzie,
niż poprzednio. Na rys. 3.2.22 widoczna jest wstępna obróbka dwustopniowego wału maszynowego zamocowanego w uchwycie tokarskim.
Ten element jest obrabiany z półfabrykatu będącego prętem (o kształcie
zwykłego walca).
Wyrównanie czoła ma na celu stworzenia prostopadłej do osi wrzeciona
powierzchni, będącej bazą technologiczną dla następnych operacji toczenia. Z tego powodu na tym czole określa się najczęściej punkt zerowy
przedmiotu obrabianego.
Ze względów technologicznych planowanie czoła jest wykonywane jako
pierwsza operacja, bo pozwala pozbyć się nierówności materiału lub
zniszczonego materiału po operacjach przygotowywania półfabrykatu
(np. przecinanie prętów palnikiem lub cięcia na piłach). Planowanie stosowane jest także jako czynność pomiędzy operacyjna, gdy toczymy
wały z podawanych automatycznie prętów. Po planowaniu są one wysuwane, aż do osiągnięcia zderzaka i w ten sposób są bazowane.
Strona 107
ROZDZIAŁ 3
Rysunek 3.2.22. Widok na ścieżki planowania czoła wału maszynowego
Planowanie wykonywane jest typowo w kilku przejściach, zależnych od
określonej głębokości skrawania. Ścieżki dla noża tokarskiego tworzone
są na podstawie dwóch punktów definiujących: punktu startu cyklu oraz
punktu końca cyklu, co pokazano na rys. 3.2.22 i 3.2.23.
Rysunek 3.2.23. Zbliżenie na ścieżki planowania czoła wału
maszynowego
Strona 108
Jeżeli punkt końcowy planowania czoła został określony na osi wrzeciona (tak jak na rys. 3.2.23), to na czole wału po obróbce zostaje ślad
(rys. 3.2.24) po promieniu zaokrąglenia płytki noża tokarskiego. Jeżeli
nie będzie wykonywanego na czole wału żadnego otworu, to aby tej pozostałości nie było, wykonuje się przekroczenie osi przynajmniej o dwie
średnice promienia zaokrąglenia płytki skrawającej. Przykładowo jeżeli
promień wynosi R=0,8 mm, to nóż powinien przejść średnicę min. do
punktu Z= –1,6mm, a najlepiej kilka dziesiątych milimetra więcej.
Rysunek 3.2.24. Wynik symulacji obróbki w EdgeCAM z widoczną
pozostałością na czole wału po operacji planowanie: (a) widok ogólny,
(b) zbliżenie
Toczenia wzdłużne zgrubne i wykańczające
Funkcja systemu CAM zwana „toczenie wzdłużnym” jest typowym cyklem toczenia zgrubnego stopni wałów maszynowych. Jednocześnie
przy pomocy tej funkcji można przeprowadzić obróbkę kształtującą,
czyli wyrównanie naddatku dla obróbki wykańczającej.
Funkcja „toczenie wzdłużne” generuje szereg ścieżek równoległych do
osi wrzeciona, oddalonych od siebie o określoną głębokość skrawania
(rys. 3.2.25). Zwykle pozostawiany jest naddatek na obróbkę wykończeniową, który można osobno określić w kierunku osi Z i X. Domyślenie
ścieżki generowane są jako pomiędzy punktem startu cyklu, a profilem
opisującym przedmiot obrabiany. Tak jest to realizowane, gdy półfabrykatem jest nieukształtowany walec, jeżeli jednak półfabrykat jest odkuwką lub odlewem, albo został wcześniej obrabiany, to ścieżki generoStrona 109
ROZDZIAŁ 3
wane są pomiędzy profilem opisującym ten półfabrykat, a profilem
przedmiotu obrabianego. Przykład tego widoczny jest dobrze na zbliżeniu rysunku 3.2.25.
Rysunek 3.2.25. Widok na ścieżki cyklu toczenia wzdłużnego do
wykonania obróbki wybranych stopni wału maszynowego (a) oraz
zbliżenie na najbliższy czoła pierwszy stopień wału (b)
Po obróbce zgrubnego toczenia wzdłużnego pozostaje równy naddatek
na obróbkę wykańczającą, podczas następuje pojedyncze przejście noża
tokarskiego (zwykle z płytką o kształcie V) po profilu przedmiotu obrabianego. Na stopniach stożkowych wału oraz zaokrągleniach wymagane
jest zastosowanie korekcji promienia zaokrąglenia wierzchołka noża lub
płytki wieloostrzowej. Wtedy dla tych ścian ścieżka narzędzia znajduje
się wewnątrz profilu obrabianego (wewnątrz zarysu PO).
Strona 110
3.3. Programowanie frezarek
CNC
Rozwiązania konstrukcyjne frezarek CNC
W przypadku frezarek CNC, w przemyśle maszynowym najczęściej
stosowane są maszyny sterowane w trzech osiach (tzw. frezarki
3-osiowe). Od strony technologicznej bardziej uniwersalne są frezarki
pionowe, co oznacza, że oś ich wrzeciona narzędziowego jest
skierowana pionowo (rys. 3.3.1b). Przykład takiej pionowej frezarki
CNC sterowanej w trzech osiach pokazano na rysunku 3.3.1a.
Rysunek 3.3.1. Pionowa frezarkę CNC sterowana w 3 osiach FNX 30NC
firmy Avia: widok na obrabiarkę (a) oraz zbliżenie na wrzeciono
narzędziowe z oznaczoną osią Z (b) [Avia]
Rzadziej stosowane są frezarki poziome, których oś wrzeciona narzędziowego jest ustawiono poziomo – oś wrzeciona pokazano na rysunku
3.3.2b. Tego typu obrabiarki są zwykle stosowane do obróbki elementów
typu korpus, gdzie potrzeba prowadzić wiercenie i wytaczanie wielu
Strona 111
ROZDZIAŁ 3
otworów na ich bocznych ścianach. Przykład poziomej 3-osiowej frezarki CNC pokazano na rysunku 3.3.2a.
Rysunek 3.3.2. Pozioma wiertarko-frezarka wielooperacyjna CNC
sterowana w 3 osiach „BO 90” firmy Knuth: widok na obrabiarkę (a) oraz
zbliżenie na wrzeciono narzędziowe z oznaczoną osią Z (b) [Knuth]
W przypadku potrzeby obrabiania przedmiotów z wielu kierunków, ale
bez zmiany mocowania, stosowane są obrabiarki o większej liczbie osi
sterowanych. Z tego względu we frezarkach poziomych stosuje się stoły
obrotowe pozwalające na obróbkę każdej ze stron korpusu, przy czym
rant górny można obrabiać bokiem frezu.
Obróbka przedmiotu obrabianego w jednej pozycji i ustaleniu pozwala
na uzyskanie większej dokładności, a także zajmuje mniej czasu, szczególnie przy obróbce większych elementów. Jest też mniejsze ryzyko popełnienia błędów przez operatora, a także pozwala na stosowanie rozbudowanych uchwytów przedmiotowych. Z tego względu dotychczas
frezarki 5-osiowe były spotykane wyłącznie w produkcji odpowiedzialnych elementów dla lotnictwa.
Z powodu bardziej rozbudowanej konstrukcji i sterowania, frezarki
5-osiowe są sporo droższe od maszyn 3-osiowych. Dlatego w przemyśle
maszynowym (poza lotniczym) frezarki 5-osiowe są rzadziej stosowane.
Jednak ze względu na większe możliwości technologiczne maszyn
5-osiowych, producenci obrabiarek rozbudowuje frezarki 3-osiowe o dodatkowe osie sterowane. Przykład takiej obrabiarki pokazano na rysunku 3.3.3. jest to centrum frezarski „VARIO HS 5-axis” firmy AVIA
zbudowane w oparciu o konstrukcję 3-osiową ze stołem obrotowouchylnym.
Strona 112
Rysunek 3.3.3. Centrum frezarskie 5-osiowe CNC „VARIO HS 5-axis”
firmy Avia: widok obrabiarki (a) oraz zbliżenie na stół obrotowo-uchylny
wraz z wrzecionem narzędziowym (b) [Avia]
Nowocześniejsze rozwiązania konstrukcji frezarek sterowanych w pięciu
osiach pokazano na dwóch schematach umieszczonych poniżej. I tak rysunek 3.3.4 przedstawia konstrukcję maszyny ze stołem obrotowym,
natomiast rysunek 3.3.5 pokazuje konstrukcję z kołyską. W obu przypadkach jest pochylane wrzeciono narzędziowe.
Strona 113
ROZDZIAŁ 3
Rysunek 3.3.4. Schemat 5-osiowej frezarki CNC – konstrukcja ze stołem
obrotowym i uchylnym wrzecionem narzędziowym [Avia]
Rysunek 3.3.5. Schemat 5-osiowej frezarki CNC – konstrukcja ze stołem
obrotowo-uchylnym oraz z uchylnym wrzecionem narzędziowym [Avia]
Strona 114
Układ osi frezarek CNC
We frezarkach CNC przyjęto, że oś wrzeciona narzędziowego obrabiarki
wyznacza oś Z, przy czym zwrot dodatni tej osi jest w stronę silnika
napędu tego wrzeciona. W przypadku frezarek pionowych płaszczyzna
stołu roboczego to płaszczyzna XY, a dłuższy bok stołu frezarki
wyznacza oś X (rys. 3.3.6). Układ sterowanych osi obrotowych frezarek
5-osiowych pokazano na poprzednich rysunkach, jednak dalsza część
rozdziału będzie dotyczyła wyłącznie frezarek 3-osiowych. Wobec
powyższego układ osi sterowanych frezarek CNC nazwany jest w
systemie EdgeCAM układem „XY”.
Rysunek 3.3.6. Pionowa 3-osiowa frezarka CNC o oznaczeniu „FNF
40NA” firmy AVIA z układem sterowania „Pronum 640FC”
W przypadku wspornikowych frezarek CNC z 3-osiami sterowanymi
(jak na rys. 3.3.6), ruch stołu odbywa się w osi X i Z, a wysuw belki
w osi Y. We frezarkach bezspornikowych (tak jak na rys. 3.3.5) ruchy
stołu roboczego realizowane są w osiach X i Y, a opuszczanie lub
podnoszenie się wrzeciennika jest w osi Z.
Układ osi frezarek CNC
Nie ma jednego określonego schematu rozmieszczania punkty odniesienia we frezarkach CNC. Nieraz producenci obrabiarek umieszczają
punkt zerowy obrabiarki w tym samym miejscu co punkt bazowy. OznaStrona 115
ROZDZIAŁ 3
cza to, że zjeżdżając na bazę (podczas bazowania maszyny), osiągamy
punkt XYZ=(0,0,0). Punkt zerowy przedmiotu obrabianego umieszczany
jest najczęściej na lewym, górnym, bliższym operatorowi narożu kostki
(rys. 3.3.7). W przypadku dysponowania przedmiotową sondą dotykową,
punkt zerowy PO umieszcza się na środku górnego czoła kostki. Jeśli
frezowany jest element już wstępnie obrobiony, punkt zerowy trzeba
umieszczać w bazie technologicznej.
punkt zerowy obrabiarki
przedmiot obrabiany
punkt zerowy przedmiotu obrabianego
Rysunek 3.3.7. Schemat pionowej 3-osiowej frezarki CNC
z oznaczonymi osiami i punktami charakterystycznymi [MTS]
Przykład do frezowania w CAM
Jako przykład do zaprezentowania możliwości modułu frezarskiego
w systemie EdgeCAM, przygotowano uproszczoną matrycę kuźniczą dla
korbowodu pokazanego na rys. 3.3.8. Dla takiego korbowodu zamodelowano w parametrycznym systemie 3D CAD jego model bryłowy
(rys. 3.3.9a), który następnie posłużył do zaprojektowania modelu
matrycy kuźniczej (rys. 3.3.9b). Na rys. 3.3.9 pokazano wybrane
przekroje tej matrycy, przyjętej jako przykład do obróbki na pionowej
frezarce 3-osiowej.
Strona 116
Rysunek 3.3.8. Kolejne etapy projektowania matrycy kuźniczej: (a) widok
korbowodu, (b) model bryłowy odkuwki, (c) model matrycy
Strona 117
ROZDZIAŁ 3
Rysunek 3.3.9. Wybrane przekroje modelu matrycy kuźniczej korbowodu
przyjętej jako przykład do generowania obróbki frezarskiej w CAM
Strona 118
Układ osi w systemach CAM
W systemie 3D CAM geometrię przyjętą do frezowania trzeba ustawić
zgodnie z układem osi frezarki CNC, na której będzie to obrabiane. Jeśli
jest to frezowanie na maszynie 3-osiowej, to w systemie 3D CAM frezy
„dojeżdżają” wyłącznie po kierunku -Z, więc obrabiany kształt musi być
od tego kierunku dostępny (rys. 3.3.10).
Rysunek 3.3.10. Wybrane przekroje modelu matrycy kuźniczej
korbowodu przyjętej jako przykład do generowania obróbki frezarskiej
w systemie 3D CAM
Ustawienie geometrii do obróbki w systemie 3D CAM może być zrealizowane na kilka sposobów:
1. ustawienie bryły w systemie CAD. Można to zrobić w dowolnym systemie 3D CAD, w którym po wczytaniu obiektu bryłowego lub powierzchniowego obracamy ją tak, aby wybrany
punkt stał się punktem zero przedmiotu obrabianego oraz kierunki osi były poprawne.
2. ustawienie bryły w złożeniu systemu CAD. Można to zrobić
w dowolnym parametrycznym modelerze 3D CAD, w którym po
wczytaniu obiektu bryłowego do części, przenosimy ją do złożenia i tam, przy pomocy narzucania wiązań, ustawiamy punkt zerowy PO i kierunki osi.
Strona 119
ROZDZIAŁ 3
3. ustawienie bryły w systemie CAM. Jeśli pracujemy w niezależnym systemie CAM, można to zrobić w module CAD tego programu. Po wczytaniu obiektu bryłowego, funkcjami do przesuwania i obracania, ustawiamy geometrię PO względem domyślnego układu współrzędnych systemu CAM.
4. zdefiniowanie nowego punktu zerowego w systemie CAM.
Realizuje się to tworząc nowy maszynowy układ współrzędnych
(czyli nowy punkt zerowy PO) w wybranym przez nas miejscu.
Rysunek 3.3.11. Widok izometryczny matrycy ustalonej i zamocowanej
na stole frezarki
Po wczytaniu modelu PO do systemu CAM oraz po ustawieniu maszynowego układu współrzędnych, definiuje się geometrię półfabrykatu.
Ponadto w wielu systemach 3D CAM istnieje możliwość zdefiniowania
geometrii uchwytów i innych elementów obrabiarki (rys. 3.3.11), w celu
sprawdzania kolizji podczas symulacji obróbki. Wtedy potrzebne jest
zamodelowanie w 3D CAD tych brył i wczytanie ich do CAM, a następnie określenie która bryła ma być przedmiotem obrabianym (czyli docelowym kształtem jaki chcemy wyfrezować), która półfabrykatem, a która
uchwytem. W bardziej zaawansowanych systemach 3D CAM, jest możliwość też symulowania pracy całej obrabiarki, ale wymaga to odpowiedniej konfiguracji w postprocesorze.
Poniżej na rys. 3.3.12 pokazano przykład ustalenia modelu matrycy kuźniczej do frezowania, przy pomocy trzech kamieni oraz dwóch łap,
Strona 120
oczywiście do symulacji obróbki w CAM takie ustalenie nie jest potrzebne.
Rysunek 3.3.12. Przykład ustalenia modelu matrycy kuźniczej na stole
frezarki, przy pomocy elementów ustalających (tzw. kamieni i łap)
Obróbka zgrubna
Jeśli nie jest potrzebne wyrównanie boków kostki, pierwszą obróbką jest
zwykle tzw. obróbka zgrubna, czyli wybranie materiału z zadanej objętości (w poniższy przykładzie z kieszeni). Obróbka zgrubna ma za zadanie jak najszybsze wybranie materiału, pozostawiając w jakiś naddatek
dla następnych obróbek – kształtujących i wykańczających. Oczywiście
podczas obróbki nie można zbytnio odkształcić lub uszkodzić przedmiotu obrabianego zbyt dużymi siłami skrawania. Przykład obróbki
zgrubnej kieszeni matrycy kuźniczej pokazano na rys. 3.3.13 i 3.3.14.
Skrawanie odbywa się frezem palcowym o średnicy 8 mm, przy czym
szerokość skrawania wynosi 50% (czyli frez zbiera materiał połowa
swojej średnicy). W parametrach obróbki zgrubnej ustawiono także głębokość skrawania równą 1 mm, a naddatek 0,5 mm, natomiast poziom
bezpieczny ustawiono na wysokości Z=20mm. Wartość posuwu roboczego oraz wgłębnego oraz obroty frezu nie wpływają na kształt ścieżki.
Strona 121
ROZDZIAŁ 3
Rysunek 3.3.13. Widok na ścieżki obróbki zgrubnej realizowanej frezem
palcowym o średnicy 8 mm
Rysunek 3.3.14. Widok na szczegół z rys. 3.3.13 z pokazanymi
ścieżkami frezu: pionowe linie przerywane – dojazdy i odjazdy do
przedmiotu obrabianego ruchem szybkim, seledynowe odcinki proste –
wjazd w materiał pod kątem do płaszczyzny XY, żółte linie krzywe –
właściwa ścieżka robocza obróbki zgrubnej
Strona 122
Rysunek 3.3.15. Wynik symulacji obróbki po samej obróbce zgrubnej
frezem palcowym o średnicy 8 mm (pozostawiony naddatek 0,5 mm)
Po wygenerowaniu ścieżek obróbki zgrubnej, wykonano wirtualną symulację obróbki, a jej wynik przedstawiono na rys. 3.3.15, natomiast na
rys. 3.3.16 pokazano kolejne kroki tej symulacji w zbliżeniu matrycy
kuźniczej w miejscu główki korbowodu. Symulacja obróbki jest rodzajem animacji, podczas której narzędzie kształtuje przedmiot obrabiany.
Obróbka zgrubna resztek
Jeśli obrabiany kształt matrycy ma wiele mniejszych zagłębień i podcięć
(zakamarków), gdzie podczas obróbki zgrubnej wybranym frezem nie da
się wybrać materiału, to można przeprowadzić następną obróbkę
zgrubną narzędziem o mniejszej średnicy. Oczywistym jest, aby podczas
frezowania mniejszym frezem, wybierać tylko nieusunięty materiał. Aby
to uzyskać, w systemie EgeCAM trzeba, podczas definicji drugiej obróbki zgrubnej, wybrać parametr „obróbka resztek”. Dzięki temu, zamiast od razu skrawać wszystko mniejszym frezem, można zdecydowanie (nawet kilkakrotnie) skrócić czasu obróbki. Takich „dodatkowych”
obróbek zgrubnych można przeprowadzić kilka, przy czym wziąć powinno się czas przygotowania i wymiany narzędzia.
Strona 123
ROZDZIAŁ 3
Rysunek 3.3.16. Kolejne wybrane etapy symulacji obróbki zgrubnej
Przykład drugiej obróbki zgrubnej (tzw. obróbki resztek) pokazano na
rys. 3.3.17 i 3.3.18. Przeprowadzono ją frezem palcowym o średnicy
3 mm, wykonywanej także połową freza i pozostawiającą 1 mm
naddatku. Wynik symulacji obróbki pokazano na rys. 3.3.19.
Strona 124
Rysunek 3.3.17. Widok na ścieżki drugiej obróbki zgrubnej (tzw. obróbki
resztek) realizowanej frezem palcowym o średnicy 3 mm
Rysunek 3.3.18. Widok od góry na ścieżki obróbki zgrubnej resztek
wykonanej frezem palcowym o średnicy 3 mm
Strona 125
ROZDZIAŁ 3
Rysunek 3.3.19. Wynik symulacji obróbki po pierwszej obróbce zgrubnej
oraz po drugiej obróbce zgrubnej resztek. Żółte powierzchnie obrabiane
wyłącznie frezem o średnicy 8 mm w pierwszej obróbce zgrubnej,
natomiast niebieskie powierzchnie obrabiane dodatkowo frezem
o średnicy 3 mm podczas tzw. obróbki resztek
Obróbka wykańczająca płaskich ścian
Po obróbce zgrubnej kieszenie matrycy kuźniczej następuje zwykle obróbka kształtująca, a po niej wykańczająca. Jeśli pozostały materiał po
obróbce zgrubnej jest w postaci niewielkich schodków, często prowadzi
się już obróbkę wykańczającą, bez kształtującej. Do obróbek wykańczających stosujemy tzw. cykle powierzchniowe, czyli funkcje które generują ścieżki wyłącznie w jednej warstwie (na powierzchni PO), w odróżnieniu do obróbek zgrubnych, które tworzą ścieżki w pewnej objętości.
Przykładem obróbki wykańczającej jest obróbka płaskich ścian, jeśli pozostał na nich naddatek po obróbce zgrubnej. W EdgeCAM funkcja ta
nazywa się „płaskie regiony”, a wynik jej działania pokazano na rys.
3.3.20 i 3.3.21. Tę obróbkę wykonano także frezem palcowym o średnicy 3 mm, pozostawiając zerowy naddatek. Wynik symulacji skrawania
po obu obróbkach zgrubnych oraz po obróbce wykańczającej płaskich
ścian kieszeni pokazano na rys. 3.3.22.
Strona 126
Rysunek 3.3.20. Widok na ścieżki obróbki wykańczającej płaskich ścian
kieszeni matrycy frezem palcowym o średnicy 3 mm
Rysunek 3.3.21. Szczegół z rys. 3.3.20 pokazujący ścieżki obróbki
wykańczającej płaskich ścian wewnątrz kieszeni
Strona 127
ROZDZIAŁ 3
Rysunek 3.3.22. Wynik symulacji skrawania po dwóch obróbkach
zgrubnych oraz obróbce wykańczającej płaskich ścian kieszeni
oznaczonych na jasnoszaro
Obróbka wykańczająca pochyłych ścian
Obróbka wykańczająca pochyłych ścian odbywa się trzpieniowymi frezami kulistymi. Może ona być realizowana jedną z kilku strategii tj.
wierszowanie, profilowanie, obróbka koncentryczna. Są to też funkcje
powierzchniowe, które generują ścieżki narzędzi na ścianach przedmiotu
obrabianego.
Przykładem obróbki wykańczającej pochyłych ścian jest profilowanie,
w której ścieżki układane są na powierzchniach wg kolejnych warstw.
Ścieżki takiej obróbki pokazano na rys. 3.3.23. Tę obróbkę wykonano
frezem kulistym o średnicy 5 mm, pozostawiając zerowy naddatek, natomiast gęstość ścieżek określono na 0,07 mm. Wynik symulacji obróbki
po cyklach zgrubnych, płaskich regionami oraz po profilowaniu pokazano ponadto na rys. 3.3.24. Na tym rysunku powierzchnie obrobione
w profilowaniu oznaczono na ciemnoszaro.
Strona 128
Rysunek 3.3.23. Widok na ścieżki obróbka wykańczającej – cykl
profilowanie (frez kulisty ø5 mm)
Rysunek 3.3.24. Wynik symulacji obróbki cyklami: zgrubnymi, płaskimi
regionami i profilowaniem
Obróbka wykańczająca naroży
Jeżeli po obróbkach wykańczających płaskich i pochyłych ścian pozostają nie w pełni obrobione przejścia pomiędzy tymi ścianami, to stosowana jest jeszcze tzw. obróbka naroży. Jest ona istotna przy wewnętrzStrona 129
ROZDZIAŁ 3
nych promieniach zaokrąglenia, gdzie został nieobrobiony materiał. taka
obróbkę realizuje się zwykle frezami kulistymi. Ścieżki obróbki naroży
pokazano na rys. 3.3.25, a sam wynik symulacji obróbki na rys. 3.3.26.
Obróbkę tę wykonano frezem kulistym o średnicy 1,9 mm, ponieważ
wewnętrzny promień zaokrąglenia wynosił 2 mm. Na rys. 3.3.26 powierzchnie skrawane obróbką naroży oznaczono na niebiesko.
Rysunek 3.3.25. Widok na ścieżki narzędzia obróbki naroży
Rysunek 3.3.26. Wynik symulacji obróbki cyklami: zgrubnymi, płaskimi
regionami, profilowaniem oraz obróbką naroży
Strona 130
Wykonanie prototypu
Na rysunku 3.3.27 pokazano wykonaną w płycie narzędziowej LAB 920
podobną makietę matrycy kuźniczej. Projekt ten został wykonany w ramach studenckich prac na Wydziale SiMR PW pod kierunkiem
dr inż. Piotra Skawińskiego.
Materiał LAB 920 jest łatwo-obrabialnym tworzywem poliuretanowym,
produkowanym w postaci płyt o grubościach 50mm, 100mm i 150mm
przez firmę Axon. Producent zaleca, aby materiał ten obrabiać z parametrami przedstawionymi w tabeli 3.3.1. Więcej na temat doboru parametrów skrawanie dla innych materiałów obrabianych przedstawiono
w następnym rozdziale.
Rysunek 3.3.27. Zdjęcie wykonanej na 3-osiowej pionowej frezarce CNC
podobnej makiety matrycy kuźniczej
Tabela 3.3.1. Zalecana parametry skrawania dla płyt LAB 920 [Amod]
Parametry obróbki :
Prędkość skrawania
(m / min )
Prędkość posuwu
(mm / ostrze)
Obróbka zgrubna
100 - 400
0,3
Obróbka wykańczająca
400
0,06
Strona 131
ROZDZIAŁ 3
3.4. Literatura
Zalecana literatura dot. programowania obrabiarek CNC
1. Stach B., Podstawy programowania obrabiarek sterowanych
numerycznie. Wyd. Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1999.
2. Praca zbiorowa, Podstawy obróbki CNC. Wydawnictwo REA,
Warszawa 2002.
3. Praca zbiorowa, Programowanie obrabiarek CNC. Frezowanie.
Wydawnictwo REA, Warszawa 2002.
4. Praca zbiorowa, Programowanie obrabiarek CNC. Toczenie.
5. Habrat W., Operator obrabiarek sterowanych numerycznie.
Wydawnictwo KaBe, Krosno, 2007.
Zalecana literatura dot. użytkowania systemów CAM
6. Augustyn K., EdgeCAM. Komputerowe wspomaganie wytwarzania. Wydawnictwo Helion, Gliwice 2006.
7. Augustyn K., NX CAM. Programowanie ścieżek dla obrabiarek
CNC. Wydawnictwo Helion, Gliwice 2009.
Źródła rysunków
[Amod] – materiały informacyjne firmy Amod na temat płyt modelowych i narzędziowych firmy Axson (www.amod.com.pl);
[Avia] – materiały informacyjne Fabryki Obrabiarek Precyzyjnych
AVIA (www.avia.com.pl);
[Knuth] –materiały informacyjne producenta obrabiarek skrawających
marki Knuth (www.knuth.pl).
[MTS] – praca zbiorowa: Programowanie obrabiarek CNC. Frezowanie.
Strona 132
[Skawiński] – prezentacja do wykładu „Technologia Budowy Maszyn”
dr inż. Piotr Skawińskiego dla studentów PW SiMR
(http://ipbm.simr.pw.edu.pl/ztps/);
[WAFO] – materiały informacyjne Warszawskiej Fabryki Obrabiarek
WAFO (www.wafo.pl);
[Xtech] – materiały informacyjne serwisu internetowego nt. maszyn
technologicznych i narzędzi (www.obrabiarki.xtech.pl);
[ZeroOSN] – dokumentacja techniczna wałka atakującego z pakietu
Zero-OSN firmy ZERO (www.zero.waw.pl).
Strona 133
ROZDZIAŁ 3
Strona 134
4
Dobór narzędzi
i parametrów
skrawania
W tym rozdziale:
o
o
o
o
o
o
Podstawowe wskazania do doboru parametrów
skrawania
Materiały narzędziowe
Dobór narzędzi i parametrów skrawania
przy toczeniu
przy obróbce otworów
przy frezowaniu
Dobór ściernicy i parametrów skrawania
przy szlifowaniu
ROZDZIAŁ 4
4.1. Wskazania podstawowe.
Materiały narzędziowe
Dobór parametrów skrawania i narzędzi powinien umożliwić osiągnięcie
zakładanych rezultatów obróbki przy możliwie najniższych kosztach obróbki lub przy możliwie największej wydajności. Przeważnie uznaje się
za istotniejsze kryterium najniższych kosztów.
Parametry skrawania dobieramy w następującej kolejności: głębokość
skrawania, posuw, prędkość skrawania. Przyjmuje się możliwie największą głębokość skrawania i posuwu. Natomiast prędkość dobieramy tak,
by zostało spełnione kryterium ekonomiczne lub wydajnościowe. (Prędkość skrawania przyjmowana z tablic polecanych przez producentów narzędzi usytuowana jest pomiędzy kryterium ekonomicznym i wydajnościowym.)
Głębokość skrawania, należy przyjmować możliwie największą, a więc
równą naddatkowi przewidzianemu na daną obróbkę. Występują jednak
czynniki powodujące konieczność ograniczenia głębokości skrawania.
Są to: wytrzymałość i sztywność układu obrabiarka – przedmiot – narzędzie, dopuszczalny moment obrotowy silnika obrabiarki oraz wymiary
ostrza narzędzia. Czynniki te mogą powodować konieczność zdejmowania naddatku w dwu lub w większej liczbie przejść.
Posuw także należy przyjmować możliwie największy. Czynniki ograniczające wartość posuwu wynikają, podobnie jak w przypadku głębokości
skrawania, z wytrzymałości i sztywność układu obrabiarka – przedmiot
– narzędzie, dopuszczalnego momentu obrotowego silnika obrabiarki
oraz wymiarów ostrza narzędzia. Jest to oczywiste, gdyż głębokość i posuw określają przekrój warstwy skrawanej, a więc mają zasadniczy
wpływ na wartość siły skrawania. Dodatkowo należy uwzględnić związek pomiędzy posuwem i chropowatością powierzchni, gdyż w przypadku niektórych narzędzi zwiększeniu posuwu odpowiada wyraźne
zwiększenie wysokości nierówności powierzchni, tak jest na przykład
przy toczeniu nożem tokarskim.
Szybkość skrawania zamyka dobór parametrów skrawania i jest przyjmowana tak, by spełnić założone kryterium ekonomiczne lub wydajnościowe. Jakiemu kryterium odpowiada szybkość skrawania zależy od
Strona 136
DOBÓR NARZĘDZI I PARAMETRÓW SKRAWANIA
tego czy okres trwałości ostrza został przyjęty ze względu na kryterium
wydajnościowe Tw, czy ze względu na kryterium ekonomiczne Te.
Przeważnie przyjmuje się tzw. zalecany okres trwałości noża Tz. Jest on
usytuowany pomiędzy Tw i Te. Szybkość skrawania odpowiadającą
przyjętemu okresowi trwałości ostrza nazywa się okresową szybkością
skrawania vT. Na przykład v60 oznacza, że okresowa prędkość skrawania
odpowiada okresowi trwałości ostrza wynoszącemu 60 minut. Okresową
szybkość skrawania można obliczać z wzorów empirycznych, lecz
najczęściej przyjmowana jest z odpowiednich normatywów [2, 3, 4, 6].
Przy obróbce zgrubnej może wystąpić konieczność ograniczenia przyjętej szybkości skrawania lub ewentualnie innych parametrów skrawania
ze względu na moc obrabiarki.
Poza wymienionymi czynnikami mogą występować także inne okoliczności mające wpływ na dobór parametrów skrawania, związane z prawidłowością przebiegu procesu skrawania, np. związek pomiędzy prędkością skrawania i tendencją do tworzenia narostu.
Istotność poszczególnych czynników ograniczających dobór parametrów
skrawania zależy od charakteru obróbki: zgrubna, wykańczająca. Przy
obróbce zgrubnej będą to ograniczenia wynikające ze względów wytrzymałościowych oraz ze względu na moment obrotowy i moc silnika
obrabiarki. Przy obróbce wykańczającej ograniczenia będą wynikać z
ewentualnych odkształceń przedmiotu obrabianego i wpływu parametrów, głównie posuwu, na chropowatość powierzchni.
Materiały narzędziowe. W obróbce maszynowej na ostrza narzędzi stosowane są: stale narzędziowe stopowe, stale szybkotnące, stopy twarde,
węgliki spiekane, spieki ceramiczne, materiały supertwarde. Największe
zastosowanie mają: stal szybkotnąca i węgliki spiekane. Rodzaje stali
szybkotnących wyszczególniono w tabl. 4.1.
Strona 137
ROZDZIAŁ 4
Tablica 4.1. Gatunki stali szybkotnących i ich zastosowanie
Znak
stali
Charakterystyka
Zastosowanie
SW18
Do obróbki zgrubnej i wykańczającej
Noże tokarskie i strugarskie, wiertła,
gwintowniki, frezy.
SW12
Do obróbki zgrubnej i wykańczającej. Noże tokarskie, wiertła, gwintowniki,
Wysoka odporność na ścieranie.
frezy.
SW7M
Stal uniwersalna. Ze względu na dużą Wiertła, narzędzia do nacinania
ciągliwość szczególnie polecana na gwintów, rozwiertaki, frezy.
narzędzia narażone na skręcanie.
SK5
Do obróbki zgrubnej i wykańczającej Przecinaki, noże do gwintowania,
materiałów o dużej wytrzymałości.
narzędzia do nacinania kół zębatych.
SK5V
Do obróbki wykańczającej materiałów o Noże tokarskie, wiertła, gwintowniki,
dużej wytrzymałości
frezy, dłutaki.
SK5M
Do obróbki materiałów trudnoskrawal- Noże tokarskie i strugarskie, noże tonych, stali austenitycznych i żeliw.
karskie kształtowe, narzędzia do
nacinania kół zębatych, frezy.
SK8M
Do obróbki zgrubnej i wykańczającej Na narzędzia do pracy na automastali twardych i austenitycznych przy tach.
zwiększonych prędkościach skrawania.
SK10V
Do obróbki zgrubnej i wykańczającej Na narzędzia do pracy na automastali twardych, austenitycznych i nie- tach, do wydajnej obróbki na tokarrdzewnych, przy zwiększonych pręd- kach, frezarkach i strugarkach.
kościach skrawania.
Zastosowanie krajowych gatunków węglików spiekanych wg PN-88/H89500 podano w tabl.4.2.
Litery na początku znaku gatunku oznaczają:
S - węgliki spiekane (grupa gatunków) stosowane do obróbki
skrawaniem materiałów dających długi wiór, głównie do
obróbki stali i staliwa. Litera M dodana po literze S oznacza
gatunek przeznaczony głównie do frezowania stali.
U- węgliki spiekane stosowane do obróbki skrawaniem
materiałów dających długi wiór i do materiałów dających wiór
krótki.
H- węgliki spiekane stosowane do obróbki skrawaniem
materiałów dających krótki wiór, głównie do obróbki żeliwa.
TC- węgliki spiekane powlekane warstewką węglika tytanu.
TN- węgliki spiekane powlekane dwu lub wielowarstwowo (węglik
tytanu, azotek tytanu, tlenek glinu.
Strona 138
Litery na końcu znaku gatunku oznaczają:
S- gatunki zawierające węglik tantalu i węglik niobu.
X- gatunki przeznaczone przede wszystkim na narzędzia do
frezowania żeliwa.
N- gatunki o podwyższonej ciągliwości.
H2- gatunki przeznaczone głównie na narzędzia do skrawania
materiałów dających krótki wiór, zwłaszcza do skrawania
żeliwa.
Tablica 4.2. Zastosowanie wybranych węglików spiekanych
S10S, S10, P10
Obróbka dokładna, średnio
dokładna i zgrubna stali i
staliwa
U10S, M10
stali, staliwa, żeliwa
szarego, żeliwa
sferoidalnego, stali
manganowych, stali
żarowytrzymałych, metali
nieżelaznych
S20S, S20, P20 NT15, NT25:
Obróbka średnio dokładna i
zgrubna stali, staliwa i żeliwa
ciągliwego
S25S, P25
Obróbka zgrubna i średnio
dokładna stali i żeliwa
H10S, H10, K10, NTH2
Obróbka zgrubna i
wykańczająca żeliwa o
twardości  220 HB
H15X, H20S, K20, H20,
NTH2
Obróbka zgrubna lub
wykańczająca żeliwa o
twardości ~ 220 HB; stopów
metali nieżelaznych, tworzyw
sztucznych
S30S, S30
P30
Obróbka zgrubna i średnio
dokładna stali i staliwa z
zanieczyszczeniami
S40S
P40
NT35, TC35
Obróbka zgrubna stali i
staliwa z jamami usadowymi i
zapiaszczeniami
2
Niebieska
2
H03, K05
żeliwa o twardości  500 HB,
stali hartowanej, tworzyw
sztucznych
H30
K30
Obróbka zgrubna żeliwa o
twardości ~ 220 HB , metali
nieżelaznych
Żółta
Czerwona
Barwy rozpoznawcze wg PN-ISO 513:1999
Strona 139
ROZDZIAŁ 4
4.2. Dobór narzędzi
i parametrów skrawania
przy toczeniu
Noże tokarskie w zależności od sposobu zamocowania dzieli się na:
•
noże imakowe mocowane w imaku nożowym tokarki,
•
noże oprawkowe mocowane w oprawkach nożowych.
W zależności od konstrukcji rozróżnia się noże tokarskie:
•
jednolite,
•
zgrzewane,
•
z wlutowaną płytką skrawającą,
•
z mechanicznie mocowana płytką skrawającą.
Ze względu sposób kształtowania powierzchni obrabianej, noże tokarskie dzieli się na:
•
punktowe
•
kształtowe
•
obwiedniowe.
Na ostrza skrawające noży tokarskich stosuje się wszystkie współczesne
materiały narzędziowe, poczynając od stali szybkotnących.
Noże tokarskie są przedmiotem wielu Polskich Norm, w tym:
Strona 140
•
PN-91/M-58351 Narzędzia do skrawania metali - Noże
tokarskie imakowe z częścią roboczą ze stali szybkotnącej
•
PN-91/M-58352 Narzędzia do skrawania metali - Noże
tokarskie imakowe z płytkami z węglików spiekanych
•
PN-ISO 241:1997 Chwyty noży do toczenia i strugania Kształty i wymiary przekroju
•
PN-93/M-58355 Noże tokarskie z płytkami z węglików
spiekanych - Oznaczenie i cechowanie
•
PN-ISO 5608:2001 Noże składane do toczenia i kopiowania
oraz wkładki nożowe z płytkami wymiennymi – Oznaczenie
•
PN-ISO 5610:1997 Noże punktowe składane do toczenia
i kopiowania, z płytkami wieloostrzowymi (wymiennymi).
Wymiary
•
PN-80/M-58670 Narzędzia do skrawania metali. Noże
oprawkowe do tokarek rewolwerowych i automatów tokarskich
•
PN-M-59786:1989 Narzędzia do skrawania metali – Wkładki nożowe mikrometryczne – Wymiary.
W dokumentacji technologicznej wyszczególnienie stosowanych
narzędzi powinno zawierać: symbol noża, wielkość nominalną, symbol
materiału ostrza i numer normy, np. NNPe 3220-S10, PN-91/M-58355.
Noże imakowe. Przykłady noży imakowych i ich zastosowania podano
na rys. 4.1.
Strona 141
ROZDZIAŁ 4
9
10
11
1
L.p.
2
3
4
Symbol
5
6
Nazwa
7
8
Wysokość trzonka
h mm
1.
NNZa, NNZb
proste prawe (a) i lewe (b)
10 ÷ 50
2.
NNZc, NNZd
wygięte prawe (c) i lewe (d)
10 ÷ 50
3.
NNPe
spiczaste
10 ÷ 50
4.
NNBc, NNBd
boczne wygięte
16 ÷ 50
5.
NNBe, NNBF
boczne odsadzone
10 ÷ 50
6.
NNPd
szerokie
20 ÷ 50
7.
NNBk, NNBm
czołowe
20 ÷ 50
8.
NNPa, NNPc
przecinaki
12 ÷ 50
9.
NNWa
wytaczaki proste
08 ÷ 32
10.
NNWb
wytaczaki spiczaste
08 ÷ 32
11.
NNWc
wytaczaki hakowe
08 ÷ 32
Przyjęty jest następujący ciąg wymiarów wysokości h: 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50.
Stosunek wysokości trzonka noża h do jego szerokości b może wynosić: 1; 1,25; 1,60; 2,00.
Np. wymiary trzonka noża NNPe mogą być następujące: 16x16, 16x12, 16x10, 16x8.
Relacja h:b = 1,60 jest uprzywilejowana. Norma przewiduje także trzonki o przekroju
kołowym.
Rysunek 4.1. Znormalizowane noże imakowe
Systematycznie wzrasta zastosowanie noży składanych, z wieloostrzowymi płytkami z węglików spiekanych mocowanymi mechanicznie. Na
rys. 4.2 i 4.3 pokazano dwa systemy mocowania płytek wieloostrzowych
Secodex-S i Secodex-P, firmy SECO TOOLS AB.
Strona 142
Rysunek 4.2. Secodex-S: 1-trzonek, 2-śruba zaciskowa, 3-płytka
wieloostrzowa, 4-płytka podporowa, 5-łamacz wiórów, 6-śruba płytki
podporowej [ 7 ]
Rysunek 4.3. Secodex-P: 1-trzonek, 2-śruba zaciskowa, 3-płytka
wieloostrzowa, 4-płytka podporowa, 5-klin zaciskowy, 6-trzpień
ustalający, 7-nakrętka [ 7 ]
Noże oprawkowe. Klasyczne noże oprawkowe przedstawiono na rysunku 4.4. Ostrza noży oprawkowych wykonane są ze stali szybkotnącej lub
z węglików spiekanych. Noże te są mocowane w specjalnych oprawkach
imakowych. Do noży oprawkowych można zaliczyć noże oprawkowe do
Strona 143
ROZDZIAŁ 4
tokarek rewolwerowych i automatów tokarskich, rys.4.5 i rys.4.6.
Podobne przeznaczenie mają także wkładki do wytaczadeł, rys.4.7.
Rysunek 4.4. Zastosowanie noży oprawkowych: 1-nóż oprawkowy,
2-oprawka imakowa [3]
Rysunek 4.5. Przykład toczenia zewnętrznego nożem oprawkowym
osadzonym w głowicy tokarki rewolwerowej: 1-nóż oprawkowy,
2-oprawka, 3-głowica rewolwerowa [6]
Strona 144
Rysunek 4.6 Roztaczanie otworu na tokarce rewolwerowej: 1-nóż
oprawkowy, 2-wytaczadło, 3-głowica rewolwerowa [6]
Rysunek 4.7. Wkładki do wytaczadeł systemu Secodex-S
Dobór parametrów skrawania
przy toczeniu
Głębokość skrawania i posuw. Podział całkowitego naddatku na obróbkę zależy od wymaganej dokładności wymiarowej i wymaganej
chropowatości powierzchni. Jeżeli np. planowane jest toczenie danej
powierzchni w trzech operacjach: toczenia zgrubnego, dokładnego i bardzo dokładnego, to ustalanie głębokości skrawania należy zacząć od opeStrona 145
ROZDZIAŁ 4
racji kończącej obróbkę. Naddatek na obróbkę zgrubną będzie równał się
naddatkowi całkowitemu zmniejszonemu o głębokość skrawania w operacjach toczenia bardzo dokładnego i dokładnego. Jeżeli jest to możliwe
to cały naddatek na obróbkę zgrubną należy zdjąć w jednym przejściu.
Ustalając głębokość skrawania przy toczeniu zgrubnym należy zwrócić
uwagę na zależność pomiędzy wymiarami ostrza dobranego noża i dopuszczalną z tego względu głębokością skrawania. Firmy wytwarzające
narzędzia podają, jakie głębokości skrawania można stosować. Na przykład stosując trójkątne płytki wieloostrzowe głębokość skrawania powinna być tak dobrana, aby długość krawędzi skrawającej zaangażowanej w skrawanie nie przekraczała 0,25 całkowitej długości krawędzi
skrawającej.
Posuw, podobnie jak głębokość skrawania, przyjmuje się możliwie największą. Orientacyjne wartości głębokości skrawania i posuwu przy toczeniu stali, w zależności od charakteru obróbki, zestawiono w tabl. 4.3.
Tablica 4.3. Orientacyjne wartości głębokości skrawania i posuwu przy
toczeniu przedmiotów stalowych [6]
Klasa
dokładnośc
i wg PN
Ra [µm]
Rz [µm]
Toczenie zgrubne
≤ 11
20 ÷ 10
Średnio dokładne
11 ÷ 9
Odmiany
toczenia
Dokładne
Bardzo dokładne
„diamentowanie”
Chropowatość
g
[mm]
po
[mm/obr]
80 ÷ 40
3,0 ÷ 40
0,3 ÷ 2,5
10 ÷ 1,25
40 ÷6,3
1÷3
0,15 ÷0,30
9÷7
2,5 ÷ 0,36
10 ÷ 3,2
0,55 ÷
1,5
0,045 ÷
0,15
7÷6
0,63 ÷ 0,16
3,2 ÷ 0,8
0,1 ÷ 0,5
0,020 ÷
0,045
Przy skrawaniu zgrubnym ograniczenia w doborze głębokości skrawania
i posuwu wynikają głównie ze względów wytrzymałościowych. Siła
skrawania Fc zależy przede wszystkim od oporu właściwego materiału i
od przekroju warstwy skrawanej. Przybliżoną wartość siły Fc oblicza się
z zależności:
Fc = kc Ac = kc g po
gdzie:
kc – opór właściwy skrawania, w N/mm2,
Ac – nominalne pole przekroju poprzecznego warstwy skrawanej w mm2,
Strona 146
g – głębokość skrawania w mm,
po – posuw noża na jeden obrót przedmiotu obrabianego w mm.
W rzeczywistości opór materiału zależy także od kształtu i pola przekroju warstwy skrawanej oraz od prędkości skrawania. Dokładniejszą
wartość siły skrawania można określić przyjmując opór właściwy materiału kc’ w zależności od posuwu po,
Fc = kc’ Ac = kc’ g po.
Na rys.4.8 zamieszczono wykres3 pozwalający na przybliżone określenie
wartości współczynnika kc’. Najdokładniejszą wartość siły skrawania
uzyskuje się stosując wzory empiryczne uwzględniające rodzaj materiału
obrabianego, kąty przystawienia i natarcia, promień zaokrąglenia wierzchołka noża i wpływ cieczy chłodząco-smarującej. Informacje i dane
niezbędne do wykonania tych obliczeń są podane w wielu opracowaniach, w szczególności w poradnikach, np.: [2,3,4].
Siła skrawania Fc powinna być mniejsza od siły dopuszczalnej Fc dop ze
względu na wytrzymałość trzonka noża, a w przypadku zastosowania
węglików spiekanych, także ze względu na wytrzymałość płytki z
węglików spiekanych.
Wartość dopuszczalnej siły gnącej można określić z zależności:
Fc dop =
bh 2
,
6w σ g dop
gdzie:
b, h – szerokość i wysokość przekroju trzonka noża,
w – wysunięcie ostrza noża, przeważnie przyjmuje się w = (1,5 ÷ 2)h,
σg dop – dopuszczalne naprężenia gnące, dla noży przyjmuje się równe
196 MPa.
3
Wykres sporządzono na podstawie danych z Poradnika tokarza [ ].
Strona 147
ROZDZIAŁ 4
4600
4100
3600
k c' MPa
3100
2600
2100
1600
1100
600
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
po m m /obr
500 MPa
500-600 MPa
700-850 MPa
850-1000 MPa
200-250 HB
250-400 HB
Rysunek 4.8. Wartości współczynnika kc’ dla stali i żeliw
Wartość siły skrawania powinna być również sprawdzona ze względu na
odkształcenie przedmiotu obrabianego. Zagadnienie to ma zasadnicze
znaczenie przy toczeniu dokładnym. Odkształcenie przedmiotu obrabianego zależy od jego materiału, kształtu i wymiarów oraz od działającej
siły i sposobu zamocowania. Przyjmuje się, że odkształcenie fdop,
rys. 4.9, stanowi 0,35 tolerancji wykonania. Przy toczeniu zgrubnym
przyjmuje się większe odkształcenie dopuszczalne, równe 0,001d.
a)
l
l
fy
Fy
fy
Fy
b)
Rysunek 4.9. Ugięcie wałka pod wpływem siły promieniowej Fy
W przypadkach podanych na rys. 4.9 będzie:
- przy toczeniu wałka zamocowanego w kłach
Strona 148
f
y
= 0,424
F y λ3
Ed
≤
f
y dop
,
- przy toczeniu wałka zamocowanego w uchwycie
f
y
= 6,8
F y λ3
Ed
≤
f
y dop
,
gdzie:
Fy – siła odporu, można przyjąć Fy=(0,4÷0,6)Fc,
λ = l/d – smukłość wałka,
E ≈ 200 000 MPa.
Przy toczeniu zgrubnym należy także sprawdzić, czy moment skrawania
Mc nie przekracza dopuszczalnego momentu obrotowego Mdop na
wrzecionie tokarki.
Mc = (d/2)Fc ≤ Mdop Nm
gdzie: d – średnica powierzchni skrawanej w m.
Zalecane wartości głębokości skrawania i posuwu na obrót dla toczenia
zgrubnego zestawiono w tablicach 4.4 i 4.5.
Strona 149
ROZDZIAŁ 4
Tablica 4.4. Posuw dla toczenia zgrubnego [4]
Materiał obrabiany: stal
Wymiar
trzonka
noża
[mm]
Materiał ostrza
węgliki spiekane
stal szybkotnąca
Głębokość skrawania [mm] do:
Średnica
materiału
obrabianego
[mm]
do:
3
5
20
0,3 ÷ 0,4
-
-
40
60
100
400
0,4 ÷ 0,S
0,5 ÷ 0,7
0,6 ÷ 0,9
0,6 ÷ 1,2
0,3 ÷ 0,4
0,4 ÷ 0,6
0,5 ÷ 0,7
0,8 ÷ 1,0
8
3
5
8
0,3 ÷ 0,4
-
-
0,3 ÷ 0,S
0,5 ÷ 0,6
0,6 ÷ 0,8
0,4 ÷ 0,6
0,6 ÷ 0,8
0,7 ÷ 1,0
1,0 ÷ 1,3
0,5 ÷ 0,7
0,6 ÷ 0,8
0,9 ÷ 1,1
0,4 ÷ 0,6
0,6 ÷ 0,8
0,8 ÷ 1,0
Posuw [mm/obr]
16x25
20
0,3 ÷ 0,4
-
-
0,3 ÷ 0,4
-
-
20x30
25x25
40
60
100
600
0,4 ÷ 0,5
0,6 ÷ 0,7
0,8 ÷ 1,0
1,2 ÷1,4
0,3 ÷ 0,4
0,5 ÷ 0,7
0,7 ÷ 0,9
1,0 ÷ 1,2
0,4 ÷ 0,6
0,5 ÷ 0,7
0,8 ÷ 1,0
0,4 ÷ 0,5
0,7 ÷ 0,8
0,9 ÷ 1,1
1,2 ÷ 1,4
0,6 ÷ 0,8
0,8 ÷ 1,0
1,1 ÷ 1,4
0,7 ÷ 0,9
1,0 ÷ 1,2
60
0,6 ÷ 0,9
0,5 ÷ 0,8
0,4 ÷ 0,7
-
-
-
25x40
100
1100
0,8 ÷ 1,2
1,2 ÷ 1,5
0,7 ÷ 1,1
1,1 ÷ 1,5
0,8 ÷ 0,9
0,9 ÷ 1,2
-
-
-
30x45
500
1,1 ÷ 1,4
1,1 ÷ 1,4
1,0 ÷ 1,2
-
-
-
40x60
2500
1,3 ÷ 2,0
1,3 ÷ 1,8
1,2 ÷ 1,6
-
-
-
Materiał obrabiany: żeliwo
40
0,4 ÷ 0,5
-
-
0,4 ÷ 0,5
-
-
16x25
60
100
400
0,6 ÷ 0,8
0,8 ÷ 1,2
1,0 ÷ 1,4
0,5 ÷ 0,8
0,7 ÷ 1,0
1,0 ÷ 1,2
0,4 ÷ 0,6
0,6 ÷ 0,8
0,8 ÷ 1,0
0,6 ÷ 0,8
0,8 ÷ 1,2
1,0 ÷ 1,4
0,5 ÷ 0,8
0,7 ÷ 1,0
1,0 ÷ 1,2
0,4 ÷ 0,6
0,6 ÷ 0,8
0,8 ÷ 1,0
40
0,4 ÷ 0,5
-
-
0,4 ÷ 0,5
-
-
20x30
25x25
60
100
600
0,6 ÷ 0,9
0,9 ÷ 1,3
1,2 ÷ 1,8
0,5 ÷ 0,8
0,8 ÷ 1,2
1,2 ÷ 1,6
0,4 ÷ 0,7
0,7 ÷ 1,0
1,0 ÷ 1,3
0,6 ÷ 0,8
0,9 ÷ 1,3
1,2 ÷ 1,8
0,5 ÷ 0,8
0,8 ÷ 1,2
1,2 ÷ 1,6
0,4 ÷ 0,7
0,7 ÷ 1,2
1,1 ÷ 1,4
60
0,6 ÷ 0,8
0,5 ÷ 0,8
0,4 ÷ 0,7
0,6 ÷ 0,8
0,5 ÷ 0,8
0,4 ÷ 0,7
25x40
100
1000
1,0 ÷ 1,4
1,5 ÷ 2,0
0,9 ÷ 1,2
1,2 ÷ 1,8
0,8 ÷ 1,0
1,0 ÷ 1,4
1,2 ÷ 1,4
1,5 ÷ 2,0
0,9 ÷ 1,2
1,2 ÷ 1,8
0,8 ÷ 1,0
1,0 ÷ 1,4
30x45
500
1,4 ÷ 1,8
1,2 ÷ 1,6
1,0 ÷ 1,4
-
-
-
40x60
2500
1,6 ÷ 2,4
1,6 ÷ 2,0
1,4 ÷ 1,8
-
-
-
Strona 150
Tablica 4.5. Posuw poprzeczny przy przecinaniu nożem przecinakiem
wykonanym ze stali szybkotnącej
Materiał
obrabiany
Stal
Żeliwo
Średnica przecinana i szerokość ostrza noża
30
50
120
360
3
4
7
12
Posuw po w mm/obr.
0,05 ÷ 0,08 0,06 ÷ 0,10 0,08 ÷ 0,12 0,12 ÷ 0,17 0,18 ÷ 0,27
0,10
0,13
0,16
0,23
0,37
18
2
Przy toczeniu nożem tokarskim można określić teoretyczną chropowatość na podstawie geometrii ostrza i posuwu, rys. 4.10. Teoretyczna wysokość nierówności zależy od kątów przystawienia κ i κ’, promienia zaokrąglenia wierzchołka noża rε i od posuwu po. Przy dużym posuwie
i braku lub niewielkim promieniu zaokrąglenia wierzchołka noża nierówności kształtowane są przez prostoliniowe odcinki głównej i pomocniczej krawędzi skrawającej, rys. 4.10a. Wysokość nierówności
w tym przypadku wyniesie:
R = po
tg κ ⋅ tg κ '
mm
tg κ + tg κ '
b)
κ'
R
rε
R
a)
κ
po
po
Rysunek 4.10. Teoretyczna wysokość nierówności
Przy kształtowaniu nierówności przez zaokrąglony wierzchołek ostrza,
rys. 4.10b, wysokość nierówności, z pewnym przybliżeniem, można
określić z zależności:
R=
po
mm.
8rε
Rzeczywista wysokość nierówności jest większa od teoretycznej. Spowodowane jest to odkształceniami plastycznymi powierzchni skrawanej,
a także różnymi zdarzeniami występującymi podczas skrawania, np.
drganiami i narostem.
Strona 151
ROZDZIAŁ 4
Szybkość skrawania vc. Orientacyjne wartości szybkości skrawania
przy toczeniu zestawiono w tabl. 4.6.
Tablica 4.6. Orientacyjne wartości szybkości skrawania przy toczeniu
Materiał ostrza
Stal szybkotnąca
Rodzaj
obróbki
Toczenie
zgrubne
Materiał
obrabiany
Węgliki spiekane
Toczenie
dokładne
Toczenie
zgrubne
Toczenie
dokładne
Szybkość skrawania vc, m/min
Stal
5 ÷ 40
10 ÷ 50
20 ÷ 120
40 ÷ 250
Staliwo
15 ÷ 25
20 ÷ 35
30 ÷ 90
60 ÷120
Żeliwo
15 ÷ 25
15 ÷ 40
40 ÷ 90
50 ÷110
Stopy metali
lekkich
70 ÷ 150
100 ÷ 300
150 ÷ 1000
150 ÷ 1000
Szybkość skrawania powinna być dostosowana do okresu trwałości
ostrza. Dla noży tokarskich, w zależności od rodzaju ostrza, stosowane
są następujące zalecane okresy trwałości:
•
ze stali szybkotnące, T = 20 ÷ 120 min, najczęściej 60 min.,
•
z węglików spiekanych, płytki lutowane, T = 10 ÷ 60 min.,
•
z węglików spiekanych, płytki wieloostrzowe, T = 5 ÷ 30
min, najczęściej 15 min.,
•
ze spieków ceramicznych, T = 3 ÷ 10 min.
Okresową szybkość skrawania można obliczać z wzorów uwzględniających szereg wielkości charakteryzujących warunki skrawania [3, 6, 7]
lub przyjmować ze szczegółowych zestawień zalecanych wartości okresowej szybkości skrawania, podanych w normatywach opracowanych
przez Instytut Obróbki Skrawaniem oraz w opracowaniach producentów
narzędzi [4, 8].
Po określeniu szybkości skrawania, przy toczeniu zgrubnym, powinno
się porównać wymaganą moc skrawania Pskr i moc silnika tokarki Ps:
Pskr =
Fc ⋅ v
< η ⋅ Ps
60
gdzie: η - sprawność silnika i obrabiarki, przeważnie η = 0,75.
Strona 152
Przykłady warunków skrawania przy toczeniu zestawiono w tablicach4:
•
toczenie wzdłużne stali i żeliwa: tabl.: 4.7÷4.15,
•
toczenie poprzeczne (planowanie) stali i żeliwa: tabl.:
4.16÷4.21,
•
wytaczanie, roztaczanie, stali i żeliwa: tabl.: 4.22÷4.25,
•
toczenie gładkościowe: tabl.: 4.26÷4.27.
Tablica 4.7. Zalecane parametry skrawania stali węglowych przy
toczeniu wzdłużnym powierzchni zewnętrznych nożami z płytkami
wieloostrzowymi czworokątnymi
Geometria ostrza
bezścinowego
-6o
6o
-6o
0,8 mm
75o
15o
γo
αo
λs
rε
κr
κ’r
Materiał ostrza - węgliki spiekane S20, S20S,
T = 15 min; hp = 0,8 mm
noże z płytką wieloostrzową czworokątną
Posuw Głebokość Materiał obrabiany - stal. Rm [MPa]
p
skrawania
450
750
1050
mm/obr
g [mm]
Prędkość skrawania v15 [m/min]
0,10
1,0÷3,0
660÷545
508÷394
393÷286
0,25
1,0÷4,0
308÷253
235÷183
186÷133
0,50
1,0÷7,0
191÷157
145÷113
115÷82
Tablica 4.8. Zalecane parametry skrawania stali węglowych przy
toczeniu wzdłużnym powierzchni zewnętrznych nożami z płytkami
wieloostrzowymi trójkątnymi
Geometria ostrza
bezścinowego
-6o
6o
-6o
0,8 mm
90o
30o
γo
αo
λs
rε
κr
κ’r
4
T = 15 min; hp = 0,8 mm
noże z płytką wieloostrzową trójkątną
Posuw Głebokość Materiał obrabiany - stal. Rm [MPa]
p
skrawania
450
750
1050
mm/obr
g [mm]
0,10
1,0÷4,0
536÷413
248÷192
154÷118
0,25
1,0÷5,0
408÷305
189÷140
117÷87
0,50
1,0÷12,0
312÷209
143÷97
88÷60
Tablice parametrów skrawania opracowano na podstawie danych z prac: [ 3, 4]
Strona 153
ROZDZIAŁ 4
Tablica 4.9 Zalecane parametry skrawania stali przy toczeniu wzdłużnym
powierzchni zewnętrznych nożami z płytkami lutowanymi. Ostrza
bezścinowe.
Geometria ostrza
bezścinowego
γo=-5o
γo=-10o dla stali o
Rm=1050
αo=12o dla p<0,4
αo=8o dla p≥0,
-4o
λs
1,5 mm
rε
60o
κr
>0o
κ’r
+5o
γo
o
γo=+10 dla stali o
Rm=1050
12o
αo
T = 60 min; hp = 1,0 mm
noże z płytką lutowaną
Posuw Głębokość Materiał obrabiany - stal. Rm [MPa]
p
skrawania
450
750
1050
mm/obr.
g [mm]
0,10
1,0÷3
415÷340
192÷158
119÷98
0,25
1,0÷4
316÷246
107÷83
91÷71
0,40
1,0÷8
274÷188
127÷86
79÷54
1,00
3,0÷8
171÷143
79÷66
49÷41
2,00
6,0÷8
144÷127
56÷54
35÷33
0,10
1,0÷3
351÷281
163÷134
101÷83
0,25
1,0÷4
286÷223
133÷103
77÷60
0,35
1,0÷5
242÷181
112÷87
73÷54
Tablica 4.10. Zalecane parametry skrawania stali przy toczeniu
wzdłużnym powierzchni zewnętrznych nożami z płytkami lutowanymi.
Ostrza ścinowe.
Geometria ostrza
ścinowego
γo
γoś
αo
λs
rε
κr
κ’r
Strona 154
15o
-10
8o
-4o
1,5 mm
60o
>0o
T = 60 min; hp = 1 mm
p
skrawania
450
750
1050
mm/obr
g [mm]
0,20
1,0÷4
329÷256
152÷119
95÷74
0,50
1,5÷10
224÷165
108÷76
67÷47
1,00
3,0÷10
167÷134
77÷62
48÷39
2,00
6,0÷10
119÷109
55÷50
34÷31
Tablica 4.11. Zalecane parametry skrawania żeliwa przy toczeniu
wzdłużnym powierzchni zewnętrznych nożami z płytkami
wieloostrzowymi czworokątnymi. Ostrza bezścinowe.
Geometria ostrza
bezścinowego
γo
αo
λs
rε
κr
κ’r
-6o
6o
-6o
0,8 mm
75o
15o
T = 15 min; hp = 0,8 mm
Posuw Głębokość Materiał obrabiany - żeliwo. [HB]
p
skrawania
170
210
230
mm/obr
g [mm]
0,10
1,0÷3
224÷184
173÷142
142÷117
0,25
1,0÷4
163÷126
126÷98
103÷80
0,50
1,0÷7
121÷89
95÷56
78÷56
wzdłużnym powierzchni zewnętrznych nożami z płytkami
wieloostrzowymi trójkątnymi. Ostrza bezścinowe.
Geometria ostrza
bezścinowego
γo
αo
λs
rε
κr
κ’r
-6o
6o
-6o
0,8 mm
90o
30o
T = 15 min; hp = 0,8 mm
Posuw Głębokość Materiał obrabiany – żeliwo [HB]
p
skrawania
170
210
230
mm/obr
g [mm]
0,10
1,0÷4
199÷154
139÷108
116÷90
0,25
1,0÷5
145÷108
101÷76
84÷63
0,50
1,0÷12
108÷70
76÷49
63÷41
Ostrza bezścinowe.
Geometria ostrza
bezścinowego
γo
αo
λs
rε
κr
κ’r
5o
12o
-4o
1,5 mm
60o
>0o
T = 60 min; hp = 1 mm
Posuw Głębokość Materiał obrabiany – żeliwo [HB]
p
skrawania
170
210
230
mm/obr
g [mm]
0,10
1,0÷3
135÷111
95÷78
78÷64
0,25
1,0÷4
99÷76
69÷54
57÷44
0,35
1,0÷5
87÷65
61÷46
51÷38
Strona 155
ROZDZIAŁ 4
Ostrza ścinowe.
Geometria ostrza
ścinowego
15o
-10
8o
-4o
1,5 mm
60o
>0o
γo
γoś
αo
λs
rε
κr
κ’r
T = 60 min; hp = 1 mm
p
skrawania
450
750
1050
mm/obr
g [mm]
0,20
1,0÷4
329÷256
152÷119
95÷74
0,50
1,5÷10
224÷165
108÷76
67÷47
1,00
3,0÷10
167÷134
77÷62
48÷39
2,00
6,0÷10
119÷109
55÷50
34÷31
Tablica 4.15 Zalecane parametry skrawania stali hartowanej (HRC 40
55) przy toczeniu wzdłużnym nożami z płytkami lutowanymi. Ostrza
bezścinowe.
Geometria ostrza
bezścinowego
-10o
12o
-4o
1,5 mm
60o
>0o
γo
αo
λs
rε
κr
κ’r
T = 15 min; hp = 0,8 mm
p
skrawania
400
450
550
mm/obr
g [mm]
0,10
1,0÷2
80÷71
61÷54
32÷29
0,20
1,0÷2
66÷58
50÷44
26÷23
0,30
1,0÷2
58÷51
44÷39
23÷21
Tablica 4.16. Zalecane parametry skrawania stali przy planowaniu
nożami z płytkami wieloostrzowymi czworokątnymi. Ostrza bezścinowe.
Geometria ostrza
bezścinowego
γo
αo
λs
rε
κr
κ’r
Strona 156
-6o
6o
-6o
0,8 mm
75o
15o
T = 15 min; hp = 0,8 mm
p
skrawania
450
750
1050
mm/obr
g [mm]
0,10
1,0÷3,0
756÷620
350÷287
217÷178
0,25
1,0÷4,0
575÷447
266÷207
165÷129
0,50
1,0÷7,0
457÷325
212÷151
131÷93
nożami z płytkami lutowanymi. Ostrza bezścinowe.
Geometria ostrza
bezścinowego
γo
αo
λs
rε
κr
κ’r
+5o
12o
-4o
1,5 mm
60o
> 0o
T = 60 min; hp = 1 mm
p
skrawania
450
750
1050 )*
mm/obr
g [mm]
0,10
1,0÷3,0
461÷378
214÷175
133÷109
0,20
1,0÷4,0
374÷292
173÷135
107÷84
0,35
1,0÷5,0
317÷237
147÷110
91÷68
nożami z płytkami lutowanymi. Ostrza ścinowe.
Geometria ostrza
ścinowego
γo
γoś
αo
λs
rε
κr
κ’r
15o
-10o
8o
-4o
1,5 mm
60o
>0o
T = 60 min; hp = 1 mm
p
skrawania
450
750
1050
mm/obr
g [mm]
0,20
1,0÷4
430÷335
199÷155
124÷96
0,50
1,5÷8
305÷225
141÷104
88÷65
1,00
3,0÷8
218÷183
101÷85
63÷53
2,00
6,0÷8
152÷148
72÷69
45÷43
Tablica 4.19. Zalecane parametry skrawania żeliwa przy planowaniu
nożami z płytkami wieloostrzowymi czworokątnymi. Ostrza bezścinowe.
Geometria ostrza
bezścinowego
γo
αo
λs
rε
κr
κ’r
-6o
6o
-6o
0,8 mm
75o
15o
T = 15 min; hp = 0,8 mm
Posuw Głębokość Materiał obrabiany - żeliwo [HB]
p
skrawania
170
210
230
mm/obr
g [mm]
0,10
1,0÷3,0
319÷263
226÷184
187÷152
0,25
1,0÷4,0
233÷181
164÷128
136÷106
0,50
1,0÷7,0
173÷124
124÷88
102÷73
Strona 157
ROZDZIAŁ 4
Geometria ostrza
bezścinowego
+5
12o o
-4o
1,5 mm
60o
> 0o
γo
αo
λs
rε
κr
κ’r
T = 60 min; hp = 1 mm
p
skrawania
170
210
230
mm/obr
g [mm]
0,10
1,0÷3,0
145÷119
102÷83
84÷68
0,20
1,0÷4,0
114÷88
80÷62
66÷51
0,35
1,0÷5,0
93÷70
66÷40
54÷41
Geometria ostrza
ścinowego
12o
0o
8o
-4o
1,5 mm
60o
>0o
γo
γoś
αo
λs
rε
κr
κ’r
T = 60 min; hp = 1 mm
p
skrawania
170
200
230 )*
mm/obr
g [mm]
0,20
1,0÷4
130÷102
92÷71
76÷59
0,50
1,5÷10
88÷62
62÷44
51÷36
1,00
3,0÷10
61÷49
43÷35
36÷29
2,00
6,0÷10
42÷38
30÷27
24÷22
)* Przy toczeniu żeliwa 230 HB przyjęto γo = -5o i γoś = 8o
Tablica 4.22. Zalecane parametry skrawania stali przy wytaczaniu
Geometria ostrza
bezścinowego
γo
αo
λs
rε
κr
κ’r
Strona 158
10o
12o
-4o
1,5 mm
60o
> 0o
T = 60 min; hp = 1 mm
p
skrawania
450
750
950 )*
mm/obr
g [mm]
0,10
1,0÷3,0
281÷230
130÷107
95÷78
0,20
1,0÷4,0
228÷177
106÷82
72÷56
0,35
1,0÷5,0
193÷144
89÷67
65÷49
Tablica 4.23. Zalecane parametry skrawania stali przy wytaczaniu
Geometria ostrza
ścinowego
γo
γoś
αo
λs
rε
κr
κ’r
15o
-10o
8o
-4o
1,5 mm
60o
>0o
T = 60 min; hp = 1 mm
p
skrawania
450
750
950
mm/obr
g [mm]
0,20
1,0÷4
262÷204
121÷95
89÷69
0,50
1,5÷8
186÷132
86÷61
63÷45
1,00
3,0÷8
133÷107
62÷49
45÷36
2,00
6,0÷8
95÷87
44÷40
32÷29
Tablica 4.24. Zalecane parametry skrawania żeliwa przy wytaczaniu
Geometria ostrza
bezścinowego
γo
αo
λs
rε
κr
κ’r
+5o
12o
-4o
1,5 mm
60o
> 0o
T = 60 min; hp = 1 mm
Posuw Głebokość Materiał obrabiany - żeliwo [HB]
p
skrawania
170
210
230
mm/obr
g [mm]
0,10
1,0÷3,0
110÷89
76÷62
62÷51
0,20
1,0÷4,0
85÷66
59÷46
49÷38
0,35
1,0÷5,0
70÷52
49÷36
40÷30
Tablica 4.25. Zalecane parametry skrawania żeliwa przy wytaczaniu
Geometria ostrza
ścinowego
γo
γoś
αo
λs
rε
κr
κ’r
12o
0o
8o
-4o
1,5 mm
60o
>0o
T = 60 min; hp = 1 mm
p
skrawania
170
210
230
mm/obr
g [mm]
0,20
1,0÷4
98÷76
68÷53
56÷44
0,50
1,5÷10
66÷46
46÷33
38÷27
1,00
3,0÷10
46÷37
32÷26
26÷21
2,00
6,0÷10
31÷29
22÷20
18÷16
Strona 159
ROZDZIAŁ 4
Tablica 4.26. Zalecane naddatki na toczenie gładkościowe wzdłużne
powierzchni zewnętrznych i wewnętrznych.
Materiał obrabiany
Sposób toczenia
Stal
Żeliwo
Naddatki [mm]
Toczenie wzdłużne powierzchni zewnętrznych
0,1÷0,3
0,1÷0,4
Gładkościowe wytaczanie otworów jednym nożem
0,2÷0,3
0,3÷0,4
Gładkościowe wytaczanie otworów dwoma nożami:
dla noża wstępnego
dla noża wykańczającego
0,2÷0,3
0,2÷0,4
0,1
0,1
Tablica 4.27. Zalecane posuwy i prędkości skrawania przy toczeniu
gładkościowym ostrzami z węglików spiekanych
Materiał
obrabiany
Stal, staliwo
Rm < 600 MPa
Stal
Rm =
600÷900 MPa
Stal
Rm >900 MPa
Żeliwo Żl 18
Żeliwo Żl 26
Strona 160
Ra
µm
Toczenie wzdłużne
Planowanie
Wytaczanie
Posuw p w mm/obr i prędkość skrawania v w m/min
p
v
p
v
p
v
10
0,20
100
0,15
100
0,15
80
2,5
0.10
120
0,08
120
0,10
90
0,63
0,05
130
0,02
130
0,05
100
10
0,25
100
0,20
80
0,20
80
2,5
0,12
120
0,08
90
0,12
90
0,63
0,04
130
0,02
100
0,04
100
10
0,20
50
0,25
50
0,25
50
2,5
0,15
60
0,08
60
0,15
55
0,63
0,04
70
0,02
70
0,04
65
10
0,30
100
0,20
100
0,30
80
2,5
0,10
120
0,08
120
0,10
90
0,63
0,05
130
0,03
130
0,05
100
10
0,25
100
0,20
80
0,20
80
2,5
0,10
120
0,08
90
0,10
90
0,63
0,04
130
0,03
100
0,04
100
4.3. Dobór narzędzi
i parametrów skrawania
przy wierceniu,
rozwiercaniu i pogłębianiu
Wiertła. Wiertła kręte przeznaczone są do obróbki otworów w 12 ÷ 14
klasie dokładności, o średnicy od 0,10 mm do 100 mm i niezbyt długich,
o długości nie przekraczającej 10d. Wykonywane są ze stali narzędziowej, najczęściej ze stali szybkotnącej, lub z węglików spiekanych. Symbol wiertła składa się z trzech dużych liter i jednej małej, np. NWKa.
Dwie pierwsze litery (NW) oznaczają wiertło kręte, trzecia litera, materiał ostrza: K –stal, W – węgliki spiekane. Litera mała oznacza dodatkowe cechy wiertła, np rodzaj chwytu. Do obróbki otworów długich stosuje się wiertła lufowe, a przy średnicy powyżej 50 mm głowice do
wiercenia.
Nawiertaki. Służą do wykonania nakiełków w jednym zabiegu.
Rozwiertaki. Służą do dokładnej obróbki otworów. Rozwiertaki zdzieraki pozwalają uzyskać do 9 klasy dokładności, a wykańczaki nawet 6
klasę dokładności. Mogą być wykonane jako trzpieniowe (NRT) w zakresie średnic od 3 do 100 mm, lub nasadzane (NRN) dla średnic
24,7÷100 mm. Część robocza wykonana jest ze stali szybkotnącej lub
z węglików spiekanych.
Pogłębiacze. Przeznaczone są do powiększenia średnicy otworu na pewnej długości lub odpowiedniego ukształtowania powierzchni czołowej
otworu (rys. 2.17).
Przykłady narzędzi do obróbki otworów zestawiono na rys.4.11.
W zależności od średnicy otworów i wymaganej dokładności dobiera się
odpowiednią liczbę wierteł i odpowiednie narzędzia, tabl. 4.28.
Strona 161
ROZDZIAŁ 4
118 o
a)
NWKa
b)
NRTa
c)
NRTc
d)
NRNa
e)
NRNb
f)
NWRc
Rysunek 4.11. Przykłady narzędzi do obróbki otworów: a) wiertło kręte
z chwytem walcowym, b) rozwiertak zdzierak maszynowy trzpieniowy
krótki z chwytem stożkowym Morse’a, c) rozwiertak wykańczak
maszynowy trzpieniowy krótki, d) rozwiertak zdzierak nasadzany,
e) rozwiertak wykańczak nasadzany, f) nawiertak do nakiełków zwykłych
[6]
Strona 162
Tablica 4.28. Średnice wierteł i rozwiertaków według PN-74/M-57025
Średnica
otworu
Otwory w klasie 6 ÷ 10
wiercenie
rozwiercanie
wiertła kręte do
kolejnych wierceń
1,5
3
4
5
6
8
10
12
16
20
22
24
25
28
30
32
35
36
40
42
45
50
55
12
16
20
1,4
2,8
3,5
4,5
5,5
7
9
11
14,75
18,5
20,5
22,5
23,5
26,5
28,5
30,5
33
34
38
40
43
48
52
rozwiertak rozwiertak
zdzierak wykańczak
3,8
4,8
5,8
7,8
9,8
11,75
15,75
19,7
21,7
23,7
24,7
27,7
29,7
31,6
34,6
35,6
39,6
41,6
44,6
49,6
54,2
Otwory w klasie 11
wiercenie
rozwiercanie
wiertła do kolejnych
wierceń
1,5
3
4
5
6
8
10
12
16
20
22
24
25
28
30
32
35
36
40
42
45
50
55
12
6
20
rozwiertak
zdzierak
do
rozwiercania
wykańczającego
1,5
2,8
3,8
4,8
5,8
7,5
9,5
11,5
15,5
19,5
21,5
23,5
24,5
27,5
29,5
31,5
34
35
39
41
44
49
53
3
4
5
6
8
10
12
16
20
22
24
25
28
30
32
35
36
40
42
45
50
55
W tablicy pominięto wykaz średnic wierteł i rozwiertaków dla obróbki otworów o średnicy
powyżej 55 mm. Wiertła kręte o średnicach powyżej 50 mm zaleca się zastępować
wiertłami o innej konstrukcji.
Planując rozwiercanie należy dokładnie obliczyć średnicę rozwiertaka
wykańczaka i rozwiertaka zgrubnego. Średnicę rozwiertaka do rozwiercania wykańczającego oblicza się ze wzoru:
Dw = ( d max − R n )− t
gdzie:
dmax - górny wymiar graniczny otworu,
Rn
- zapas na przewidywane rozbicie otworu (0,15 T),
t
- tolerancja wykonania rozwiertaka (0,35 T),
Strona 163
ROZDZIAŁ 4
T
- tolerancja wykonania otworu.
Przy obliczaniu średnicy rozwiertaka zdzieraka należy uwzględnić naddatek na rozwiercanie wykańczające:
Dz = ( d nom − g w )− t
gdzie:
dnom - nominalny wymiar otworu (po rozwiercaniu wykańczającym),
gw - naddatek na wykończenie (na średnicy), o wartości 0,2 ÷ 1 mm,
t
- tolerancja wykonania rozwiertaka (h8).
Tablica 4.29. Średnie wartości posuwu przy wierceniu otworów wiertłami
krętymi ze stali szybkotnącej w pełnym materiale
Materiał
obrabiany
Średnica wiertła mm
2
6
10
16
30
Posuw mechaniczny mm/obr
Stal Rm<600 MPa
0,06
0,13
0,25
0,33
0,50
Stal Rm<600÷900 MPa
0,04
0,09
0,18
0,25
0,38
Stal Rm<900÷1100 MPa
0,03
0,07
0,15
0,19
0,27
Żeliwo HB<170
0,09
0,18
0,39
0,51
0,75
Żeliwo HB>170
0,06
0,13
0,22
0,30
0,45
Przy obróbce otworów o długości ponad 3d
posuwy należy zmniejszyć o 10÷25%
Strona 164
Tablica 4.30. Prędkość skrawania przy wierceniu otworów w pełnym
materiale wiertłami krętymi
Materiał obrabiany – stal Rm=650 MPa. Obróbka z chłodzeniem.
Materiał ostrza – stal szybkotnąca
Posuw
mm/obr
Średnica wiertła mm
2
6
10
20
30
Szybkość skrawania m/min
0,03
55
54
0,07
31
39
50
41
0,12
21
27
36
30
18
25
23
31
21
20
36
10
18
0,20
0,30
0,60
20
T min
6
10
30
Materiał obrabiany – żeliwo szare HB=190. Obróbka bez chłodzenia.
Materiał ostrza – stal szybkotnąca
0,07
38
43
0,12
28
33
39
35
0,20
26
30
27
0,30
19
24
24
23
19
19
20
18
30
0,50
0,60
28
19
T min
12
18
42
Materiał obrabiany – stal hartowana. Obróbka bez chłodzenia.
Materiał ostrza – węgliki spiekane H10
Twardość materiału
obrabianego
Średnica
otworu
Posuw
mm/obr
Szybkość skrawania
m/min
< 32 HRC
4÷32
0,02÷0,15
20÷25
32 HRC÷46 HRC
4÷32
0,015÷0,12
15÷20
>46 HRC
4÷32
0,01÷0,10
10÷15
T = 15 ÷ 30 min
Strona 165
ROZDZIAŁ 4
Tablica 3.31. Posuw p, mm/obr, przy rozwiercaniu otworów
rozwiertakami zgrubnymi (zdzierakami) i wykańczającymi. Rozwiertaki
ze stali szybkotnącej. [7]
Średnica otworu d, mm
Materiał obrabiany
Rm w MPa
5
10
15
20
30
Posuw p, mm/obr
Stal Rm < 600
zgrubne
wykańczające 0,06 ÷ 0,30 1,00 ÷ 0,50
0,90 ÷ 0,50 1,15 ÷ 0,60 1,50 ÷ 0,80
1,30 ÷ 0,65 1,60 ÷ 0,80 2,10 ÷ 1,05
Stal Rm = 600 ÷ 900
zgrubne
wykańczające 0,50 ÷ 0,20
0,70 ÷ 0,40 0,90 ÷ 0,50 1,10 ÷ 0,60
0,80 ÷ 0,40 1,00 ÷ 0,50 1,30 ÷ 0,60 1,70 ÷0,80
Stal Rm = 900 ÷ 1100
zgrubne
0,50 ÷ 0,30 0,60 ÷0,30 0,80 ÷ 0,40
0,60 ÷ 0,30 0,40 ÷ 0,25 0,95 ÷ 0,45 1,25 ÷ 0,55
Żeliwo HB ≤ 170
zgrubne
1,70 ÷0,85
1,25 ÷ 0,60 1,50 ÷ 0,75 1,90 ÷ 0,95
2,20 ÷ 1,10 2,70 ÷ 1,35 3,50 ÷ 1,75
Żeliwo HB > 170
zgrubne
0,75 ÷ 0,40 0,90 ÷0,45 1,15 ÷ 0,60
wykańczające 0,60 ÷ 0,30 1,00 ÷ 0,50 1,30 ÷ 0,65 1,60 ÷ 0,80 2,10 ÷ 1,05
Tablica 4.32. Orientacyjne wartości prędkości skrawania przy
rozwiercaniu w stali Rm=650 MPa otworów obrabianych rozwiertakami
trzpieniowymi ze stali szybkotnącej, z chłodzeniem. Rozwiertaki ze stali
szybkotnącej.
Rodzaj rozwiercania
Głębokość skrawania g
Trwałość ostrza T
Średnica otworu d, mm
5
10
15
20
30
Posuw p, mm/obr
zgrubne
45÷26
37÷17
29÷16
g [mm]
0,50
0,50
0,75
T [mi]n
12
18
24
wykańczające
18÷13
18÷11
17÷7,5
16÷7
11÷4
g [mm]
0,1
0,15
0,20
0,25
0,25
T [min]
12
18
24
30
48
Strona 166
Tablica 4.33. Orientacyjne wartości posuwu i prędkości skrawania przy
pogłębianiu
Materiał
obrabiany
Parametry
skrawania
Posuw po, mm/obr
Prędkość skraw. v, m/min
Uwagi
Stal
Rm < 600
MPa
Stal
Rm ≥ 600
MPa
0,08÷0,30
10÷18
z
chłodzeniem
0,05÷0,25
5÷12
z
chłodzenie
m
Żeliwo
Stopy
Al
0,10÷0,50
12÷18
bez
chłodzenia
0,10÷0,50
40÷60
z
chłodzeniem
4.4. Frezowanie
Frezy
W zależności od przeznaczenia frezy dzieli się na:
•
frezy do obróbki powierzchni płaskich: walcowe, walcowoczołowe i czołowe (do planowania lub pogłębiania),
•
frezy do rowków,
•
frezy do kół zębatych,
•
frezy do gwintów.
Ze względu na sposób powiązania ostrzy z korpusem freza, rozróżnia
się:
•
frezy jednolite
•
frezy zgrzewane,
•
frezy z ostrzami wlutowanymi,
•
frezy z ostrzami mocowanymi mechanicznie,
•
frezy z płytkami wieloostrzowymi mocowanymi mechanicznie.
Strona 167
ROZDZIAŁ 4
Ze względu na sposób zamocowania frezy dzieli się na trzpieniowe i nasadzane.
Oprócz frezów normalnych stosowane są także frezy specjalne. Są to
frezy kształtowe, o zarysie dostosowanym do obróbki określonej powierzchni kształtowej. Najczęściej ostrza frezów są wykonywane ze stali
szybkotnącej lub z węglików spiekanych.
Przykłady normalnych frezów podano na rysunkach 4.12, 4.13, 4.15,
4.16. Obszerniejszy zestaw frezów znajduje się w opracowaniach [2],
[6].
Frezy walcowe wykonywane są jako nasadzane, rys. 4.12 lub jako
trzpieniowe. Śrubowa linia zębów pozwala na bardziej równomierną
pracę freza. Frezy walcowe nasadzane mocowane są na trzpieniu frezarskim. Przy dużych szerokościach frezowania wskazane jest stosowanie
frezów walcowych nasadzanych zespołowych (NFWc). Zaleca się stosowanie frezów o możliwie małej średnicy, lecz średnica freza nie powinna być mniejsza od dziesięciu głębokości frezowania przy małych
szerokościach frezowania, a przy dużych szerokościach, od dwudziestu
głębokości frezowania. W tablicy 4.34 podano zgodnie z PN-81/M57350 informacje o wymiarach zewnętrznych i liczbach zębów frezów
walcowych nasadzanych. Odmiany z frezami drobnymi przeznaczone są
do obróbki twardych materiałów, twardej stali i twardego żeliwa.
Tablica 4.34 Średnica D, długość L i liczba zębów frezów walcowych
nasadzanych NFWa (prawozwojnych) i NFWb (lewozwojnych)
Odmiana
D
mm
L
mm
A
B
Odmiana
C
Liczba ostrzy
D
mm
40
50
63
80
63
50
70
L
mm
A
B
C
Liczba ostrzy
63
12
6
80
16
100
14
100
70
125
8
6
18
Frezy walcowo-czołowe, rys. 4.13 mogą skrawać powierzchnią walcową lub czołowa, lub najczęściej obiema powierzchniami. Wykonywane są jako nasadzane lub jako trzpieniowe. Podstawowe zastosowanie
tych frezów to obróbka płaszczyzn o niezbyt dużych szerokościach
(frezy nasadzane) i płaszczyzn o niewielkich szerokościach (frezy
trzpieniowe). Wymiary zewnętrzne frezów walcowo-czołowych nasaStrona 168
dzanych, według PN-81/M-57390 (NFCa i NFCb) oraz według PN84/M-57392 (NFCg), zestawiono w tablicy 4.13.
Rysunek 4.12 Frezy walcowe: a) nasadzane, b) zespołowe,
c) trzpieniowe [6]
Szczególnym przeznaczeniem frezów walcowo czołowych trzpieniowych jest wykonywanie rowków na wpusty, lecz nie uzyskuje się w ten
sposób wysokiej dokładności wymiarowej szerokości rowka. Osadzenie
wpustu wymaga więc dopasowania go do rowka. Najczęściej przed frezowaniem na obu krańcach rowka wierci się wiertłem otwory. Wtedy
frez usuwa materiał pomiędzy tymi otworami. W celu dokładnego wykonania rowków na wpusty poleca się frezowanie frezami trzpieniowymi
dwuostrzowymi na frezarce do wpustów.
Strona 169
ROZDZIAŁ 4
Tablica 4.35 Średnica D, długość L i liczba zębów frezów walcowychczołowych nasadzanych NFCa i NFCb ze stali szybkotnacej oraz NFCg
z płytkami wieloostrzowymi
Frezy ze stali szybkotnącej
Frezy z płytkami
wieloostrzowymi
Odmiana
D
mm
L
mm
A
40
32
6
50
36
8
63
40
8
80
45
10
100
50
10
6
125
56
160
63
12
8
B
C
Liczba ostrzy
D
mm
10
40
12
50
5
14
63
6
16
-
80
100
-
125
l
mm
16,5
22
Liczba
ostrzy
3
4
5
6
l – długość krawędzi skrawającej płytki wieloostrzowej trójkątnej
Rysunek 4.13. Frezy walcowo-czołowe: a) nasadzane, b) trzpieniowe [6]
Strona 170
Frezy czołowe (głowice frezowe) są przeznaczone do obróbki
płaszczyzn. Pozwalają uzyskać największą wydajność frezowania oraz
większą dokładność niż przy frezowaniu frezami walcowymi. Rozróżnia
się frezy czołowe do planowania i do pogłębiania. Podstawowa różnica
pomiędzy tymi frezami polega na innym ustawieniu ostrzy, obecnie
najczęściej płytek wieloostrzowych. We frezach do planowania kąt κr
jest mniejszy od 90o, a przy frezach do pogłębiania wynosi 90o.
W PN-ISO 6462:1996 podane są wymiary frezów czołowych o średnicach od 50 do 500 mm.
Rysunek 4.14. Frezy składane na licencji SECO-TOOLS AB: a) palcowy
walcowo-czołowy, b) walcowo-czołowy, c) czołowy, d) czołowy
grubozębny [6]
Frezy tarczowe, ich podstawowym przeznaczeniem jest wykonywanie
rowków o przekroju prostokątnym. Wykonywane są w wielu odmianach:
jako frezy trzystronne lub dwustronne o zębach prostych lub naprzeStrona 171
ROZDZIAŁ 4
mianskośnych, jako jednolite i jako dzielone, a także jako jednostronne,
skrawające tylko obwodowo, o zębach prostych lub naprzemianskośnych, ścinowych lub zataczanych (frezy do rowków na kliny). Do frezów tarczowych należą także frezy do przecinania, zwane frezami
tarczowymi piłkowymi. Wykonywane są jako jednolite ze stali szybkotnącej lub z ostrzami z węglików spiekanych z płytkami wlutowanymi
lub, najczęściej z płytkami wieloostrzowymi, mocowanymi mechanicznie. Szerokość freza musi być dostosowana do szerokości rowka. Przy
przeciętnych wymaganiach co dokładności wymiarowej rowka, wykonuje się go frezem tarczowym trzystronnym. Przeważnie wymaganą
głębokość rowka uzyskuje się w kilku przejściach. Jeżeli szerokość
rowka jest większa od szerokości freza, to należy w dalszych przejściach
dokonać pogłębienia bocznego. Do pogłębień bocznych przeznaczone są
frezy tarczowe dwustronne prawo lub lewostronne. Rowki dokładne frezuje się frezami tarczowymi do rowków klinowych. W przypadku rowków na wpusty frezy tarczowe stosuje się do rowków długich. (Rowki
wpustowe krótkie wykonuje się frezami trzpieniowymi.)
Rysunek 4.15. Frez tarczowy trzystronny prosty [6]
Strona 172
b
f
Rysunek 4.15. Frez tarczowy trzystronny prosty [6]Rys. 4.16. Frezy do
rowków: a) tarczowy trzystronny naprzemianskośny, b) trzpieniowy do
rowków na wpusty, c) tarczowy do rowków na wpusty
Przy frezowaniu dodatkowym parametrem jest szerokość frezowania B.
Parametr ten został zaznaczony na rys. 4.17. Jego wartość przeważnie
wynika z rysunku wykonawczego obrabianego przedmiotu.
Szerokość frezowania i grubość warstwy skrawanej h określają pole
przekroju poprzecznego warstwy skrawanej. Grubość warstwy
skrawanej h zależy od głębokości skrawania g i posuwu na ząb pz. W
przypadku frezowania przeciwbieżnego, tak jak na rys.4.17, grubość
warstwy skrawanej zmienia się od 0 do hmax.
Głębokość skrawania przy frezowaniu zgrubnym płaszczyzn może
wynosić nawet kilka cm, lecz gdy jest to frezowanie kończące obróbkę,
to przeważnie nie przekracza 4 mm. Przy frezowaniu wykańczającym
przyjmuje się głębokość skrawania od 1 do 2 mm.
Strona 173
ROZDZIAŁ 4
B
hmax
g
pz
Rysunek 4.17. Warstwa skrawana przy frezowaniu obwodowym
Posuw przy frezowaniu zgrubnym przyjmuje się możliwie duży. Ograniczenie wynika ze sztywności układu obrabiarka-narzędzie przedmiot.
W tablicach zalecających posuwy przy frezowaniu zgrubnym posuw jest
podawany w mm na ząb. W karcie instrukcyjnej powinien być podany
posuw minutowy pt. Związek pomiędzy tymi posuwami jest następujący:
pt = n z p z
gdzie: n – prędkość obrotowa freza, z – liczba zębów freza.
Przy frezowaniu wykańczającym posuw powinien być dostosowany do
wymaganej chropowatości powierzchni. Dobierając posuw korzysta się z
tablic, w których proponowany jest posuw na obrót po, w mm/obr.
Posuw minutowy oblicza się wtedy z zależności:
pt = n p o
Zalecane wartości posuwów zestawiono w tabl.4.36 i 4.37.
Tablica 4.36. Orientacyjne wartości posuwu pz w mm/ząb przy zgrubnym
frezowaniu płaszczyzn
Rodzaj freza
Walcowe
Walcowo-czołowe i
czołowe
Strona 174
Frezy gruboostrzowe
Frezy drobnoostrzowe
Materiał obrabiany
Stal
Żeliwo
Stal
Żeliwo
0,06÷0,60
0,10÷0,80
0,03÷0,15
0,05÷0,20
0,04÷0,20
0,10÷0,50
0,04÷0,12
0,08÷0,35
Tablica 4.37. Orientacyjne wartości posuwu po w mm/obr przy
frezowaniu płaszczyzn na określoną gładkość
Rz
µm
10
5
2,5
1,25
0,63
Frezy walcowe
Stal
2,3÷6,5
1,3÷3,8
0,7÷2,1
Żeliwo
2÷5,2
1,2÷3,0
0,7÷1,7
Frezy
walcowo-czołowe
Stal
Żeliwo
0,5÷1,6
0,5÷1,4
0,1÷0,5
0,2÷0,45
0,02÷0,20 0,08÷0,15
Frezy czołowe
Stal
Żeliwo
0,35÷0,9
0,2÷0,6
0,15÷0,35
0,15÷0,22
0,6÷0,9
0,35÷0,6
0,22÷0,35
0,15÷0,22
Okresową prędkość skrawania vT dobiera się z tablic zamieszczonych
w poradnikach [3, 4, 5, 7] lub w opracowaniach informacyjnych producentów narzędzi. Orientacyjne prędkości skrawania dla kilku przypadków frezowania podano w tabl.4.38.
Tabl. 4.38. Orientacyjna wartość prędkości skrawania przy frezowaniu,
w m/min
Materiał obrabiany
Frezy:
Stale
Żeliwa
Mosiądze
Stopy Al
Frezy ze stali szybkotnącej
Walcowe, tarczowe
15÷24
16÷20
50
300
Walcowo-czołowe
17÷28
17÷23
60
400
Trzpieniowe
16÷28
16÷25
60
400
Piłkowe
20÷55
25÷45
200
400
Ostrza z węglików spiekanych
Czołowe z płytkami
lutowanymi
60÷160
50÷100
Czołowe z płytkami
wieloostrzowymi
80÷175
80÷140
200
1000
4.5. Szlifowanie
Narzędziem skrawającym przy szlifowaniu jest ściernica. Ściernicę charakteryzują następujące wielkości: kształt i wymiary ściernicy, rodzaj
materiału ściernego, wielkość ziaren ściernych, twardość ściernicy, rodzaj spoiwa, struktura ściernicy, dopuszczalna prędkość obwodowa.
Strona 175
ROZDZIAŁ 4
Podstawowe informacje o rodzajach materiałów ściernych i spoiwa oraz
o ich zastosowaniu zestawiono w tabl. 4.39.
Przy doborze ściernicy szczególne znaczenie ma właściwy dobór
wielkości ziaren ściernych i twardości ściernicy. Wielkość ziarna
oznaczana jest dużą literą F i liczbą. Największe ziarna oznaczone są
symbolem F4 i odpowiadają ziarnom o wymiarach dochodzących do 8
mm. Najmniejsze, oznaczone symbolem F1200, tzw. mikroziarna,
odpowiadają ziarnom o wymiarach poniżej 7 µm. W ściernicach stosuje
się nieco mniejszy zakres wymiarów ziaren. Największe ziarna, to F12 o
wymiarach dochodzących do 2,8 mm, najmniejsze – F150 o wymiarach
dochodzących do 150 µm. Wielkość ziaren ma zasadniczy wpływ na
chropowatość powierzchni szlifowanej. Zależność pomiędzy wielkością
ziarna i osiąganą chropowatością obrazuje wykres zamieszczony na
rysunku 4.18.
3,2
Rz
[mm]
1,6
0,8
0,4
F30
F80
F150
F220
F230
Rysunek 4.18. Zależność Rz od wielkości ziaren przy szlifowaniu, wg [8]
Strona 176
Tablica 4.39. Materiały ścierne i spoiwa [6]
Materiał ścierny
Symbol
Podstawowe informacje
Elektrokorund: zwykły
półszlachetny
szlachetny
95 A
97 A
99 A
Do szlifowania stali węglowych i stopowych nie
hartowanych i hartowanych, żeliwa ciągliwego,
aluminium
Węglik krzemu
98 C
99 C
Do szlifowania kruchych i twardych materiałów,
np. węglików spiekanych, żeliwa
Azotek boru
(borazon)
KB
Do szlifowania stali szybkotnącej, a w
szczególności - o zwiększonej zawartości
wanadu i kobaltu
Diament naturalny
syntetyczny
D
DS
Do szlifowania bardzo twardych i kruchych
materiałów, np. węglików spiekanych.
Spoiwo
Ceramiczne
V
Żywiczne
B
Gumowe
R
Metalowe:
spiekane
galwaniczne
M
G
Odporne na zmiany temperatury i na działanie
ługów i olejów. Są niewrażliwe na wilgoć.
Dopuszczalna prędkość obwodowa przy
normalnym wykonaniu - do 35 m/s, przy
specjalnym - do 60 m/s.
Wrażliwe na działanie chłodziw zawierających
zasady. Temperatura nie powinna przekraczać
o
180 C. Duża wytrzymałość i elastyczność
(odporność na uderzenia). Stosowane są do
obróbki zgrubnej, do cięcia, a także do
wykańczającego
szlifowania
powierzchni
kształtowych; vdop≈45÷80 m/s.
Mogą pracować z chłodzeniem (poza naftą).
o
Miękną w temperaturze powyżej 150 C.
Spoiwo to umożliwia wykonywanie ściernic o
bardzo małej grubości - 0,1 mm. Stosowane są
do
cięcia,
szlifowania
powierzchni
kształtowych,
gwintów,
do
szlifowania
bezkłowego (tarcze prowadzące), do bardzo
gładkiego wykańczania; vdop≈ 40 ÷ 60 m/s.
Praca z dużymi prędkościami szlifowania.
Duża
odporność
na
działanie
cieczy
chłodzących. Stosowane do bardzo twardych
materiałów ściernych, np. do diamentu.
Strona 177
ROZDZIAŁ 4
Tablica 4. 40. Proponowana charakterystyka ściernic [6]
Odmiana
szlifowania
Szlifowanie
kłowe
wałków
Materiał
obrabiany
stal nie
hartowana
stal
hartowana
żeliwo
Szlifowanie
otworów
stal nie
hartowana
stal
hartowana
żeliwo
Szlifowanie
płaszczyzn
obwodem
ściernicy
Szlifowanie
płaszczyzn
czołem
ściernicy
Parametry ściernicy
stal nie
hartowana
stal
hartowana
żeliwo
97A
97A
99A
98 C
97 A
97 A
99 A
98 C
97 A
97 A
99 A
98 C
stal nie
hartowana
stal
hartowana
żeliwo
numer
ziarna
ścierniwo
97 A
twardość
struktura
spoiwo
K÷L
4÷5
V
H÷K
4÷5
V,B
J÷L
4÷5
V
J÷K
4÷5
V
H÷K
4÷5
V
J÷K
4÷5
V
I÷K
4÷8
V
H÷J
5÷8
V
I÷K
5÷8
V
J÷M
5÷8
V, B
F46
(36)
H÷K
5÷8
V, B
F36
(24)
I÷L
5÷8
V
F46-F100
(36 ÷ 80)
F46-F100
(36 ÷ 80)
F40-F80
(30 ÷ 60)
F46-F80
(36 ÷ 60)
F60-F100
(46 ÷ 80)
F46-F80
(36 ÷ 60)
F46-FF80
(36 ÷ 60)
F60
(46)
F40-F46
(30 ÷ 36)
F36
(24)
97 A
99 A
98 C
Twardość ściernicy oznaczana jest dużymi literami alfabetu, poczynając
od E aż do Z:
E, F, G
- ściernice bardzo miękkie;
H, I, J, K – ściernice miękkie;
L, M, N, O – ściernice o średniej twardości;
P, Q, R, S - ściernice twarde;
T, U, W, Z – ściernice bardzo twarde.
Twardość ściernicy określa siłę, jaką należy przyłożyć do ziarna, aby je
wyrwać z powierzchni ściernicy. Właściwy dobór twardości ma decydująco wpływa na prawidłowy przebieg procesu szlifowania i na właściwą eksploatację ściernicy. Siły działające podczas szlifowania na
ziarno wzrastają w miarę stępienia ostrych krawędzi ziaren. Chodzi o to,
Strona 178
aby po osiągnięciu zużycia ostrza ziarna, uniemożliwiającego skrawnie,
siła działająca na ziarno była wystarczająco duża do wyrwania go z powierzchni ściernicy. Taką pożądaną sytuację można nazwać samoostrzeniem ściernicy. Orientacyjnie można przyjąć następujące wskazanie – do
szlifowania materiałów miękkich należy stosować ściernice twarde, do
szlifowania materiałów twardych – ściernice miękkie. Zalecane twardości ściernicy, w zależności od odmiany szlifowania i rodzaju obrabianego materiału podano w tabl. 4.40.
Rysunek 4.19. Przykłady narzędzi ściernych: a) ściernica płaska,
b) pierścieniowa, c) garnkowo-walcowa, d) garnkowo-stożkowa zbieżna,
e) talerzowa, f) i g) trzpieniowa, h) segment ścierny [6]
Kolejna wielkość, struktura ściernicy, określana jest przez stosunek
objętości ziaren Vz do całkowitej objętości ściernicy, a więc do sumy
objętości ziaren, spoiwa Vs i porów Vp:
Strona 179
ROZDZIAŁ 4
Vz
V z + Vs + V p
Strukturę ściernicy określa się liczbami. Strukturze otwartej odpowiadają
liczby od 9 do 14, strukturze zwartej – liczby od 0 do 4. Struktury
otwarte stosowane są do szlifowania materiałów miękkich, struktury
zwarte – do szlifowania materiałów twardych i kruchych.
Przykłady kształtów narzędzi ściernych stosowanych przy szlifowaniu
podano na rys. 4.19.
Przy szlifowaniu wzdłużnym wałków ustalonych w kłach, rys. 4.20
naddatek na obróbkę, w zależności od średnicy i długości wałka oraz
rodzaju materiału obrabianego, przyjmuje się w granicach od 0,15 do
0,65 mm. Naddatek na szlifowanie najczęściej rozbija się na naddatek
zdejmowany w czasie szlifowania zgrubnego i wynosi przeważnie 0,75
całkowitego naddatku na szlifowanie. Pozostały naddatek zdejmowany
jest w czasie szlifowania wykańczającego, lecz naddatek ten nie
powinien być mniejszy niż 0,05 mm.
Rysunek 4.20. Szlifowanie kłowe z posuwem wzdłużnym (6)
Posuw wzdłużny p (w mm na obrót przedmiotu obrabianego) uzależnia
się od szerokości tarczy ściernej B,
P = c B [mm/ na 1 obrót przedmiotu obrabianego]
Przy szlifowaniu zgrubnym przyjmuje się c = 0,3 ÷ 0,7, a przy szlifowaniu wykańczającym c = 0,2 ÷ 0,4.
Strona 180
Dosuw g ściernicy można utożsamić z głębokością skrawania przypadającą na skok pojedynczy lub podwójny. Przy szlifowaniu zgrubnym najczęściej przyjmuje się dosuw g od 0,01 do 0,025 mm/pojedynczy skok.
Dosuw ma wpływ na chropowatość powierzchni, toteż przy szlifowaniu
wykańczającym przyjmuje się mniejsze wartości i w zależności od średnicy wałka kształtują się w przedziale 0,003 ÷ 0,015 mm/ skok podwójny.
Szlifowanie kończy się tzw. przejściami wyiskrzającymi, bez wgłębiania
ściernicy w materiał obrabiany, dosuw g = 0. Liczba przejść wyiskrzających io zależy od klasy dokładności i liczby przejść skrawających is:
i0 = (0,3 ÷ 0,7) is.
Prędkość obwodowa przedmiotu obrabianego jest niewielka i w zależności od rodzaju szlifowania (zgrubne, wykańczające), rodzaju materiału
obrabianego i dosuwu wynosi od 3,5 m/min do ponad 30 m/min.
Naddatek na szlifowanie z posuwem wzdłużnym otworów przyjmuje
się w zależności od średnicy i długości otworu od 0,15 do 0,75 mm,
dokonując podziału: 0,75 naddatku na szlifowanie zgrubne i 0,25
naddatku na szlifowanie wykańczające. Posuw wzdłużny przyjmuje się
tak jak przy szlifowaniu wzdłużnym wałków. Dosuw g przy szlifowaniu
zgrubnym, w zależności od średnicy otworu, wynosi od 0,0002 do
0,016 mm, a przy szlifowaniu wykańczającym od 0,0015 do 0,0025 mm.
Prędkość obwodową przedmiotu przy szlifowaniu otworów wynosi od
29 d0 82 m/min.
Do szlifowania płaszczyzn stosuje się ściernice płaskie i pierścieniowe
skrawające swą powierzchnią walcową lub ściernice garnkowe, skrawające powierzchnią czołową, rys. 4.21. Szlifowanie przeprowadza się na
szlifierkach z posuwowo-zwrotnym (stół prostokątny) lub obrotowym
ruchem stołu. Naddatki na szlifowanie wynoszą od 0,15 do 0,60 mm. Na
szlifowanie zgrubne przeznacza się 60 ÷ 80 % naddatku.
Posuw wzdłużny pt przy skrawaniu obwodem ściernicy na szlifierkach
ze stołem prostokątnym wyraża się w m/min i wynosi 17,5 ÷ 4 m/min
przy szlifowaniu zgrubnym i 15 ÷ 20 m/min przy szlifowaniu wykańczającym. Na szlifierkach ze stołem obrotowym stosuje się większe
prędkości, do 60 m/min przy szlifowaniu wykańczającym.
Strona 181
ROZDZIAŁ 4
a)
b)
vs
g
g
pt
pt
pp
pp
vs
Rysunek 4.21. Szlifowanie płaszczyzn z prostoliniowym ruchem stołu:
a) obwodem ściernicy, b) czołem ściernicy
Posuw poprzeczny pp wyraża się w mm/skok przy prostokątnym stole
szlifierki i w mm na obrót stołu przy stole obrotowym. Posuw pp musi
być mniejszy niż szerokość tarczy ściernej i przy szlifowaniu zgrubnym
może wynosić do 60%, a przy wykańczającym do 30 % szerokości
ściernicy.
Głębokość skrawania g przy szlifowaniu płaszczyzn obwodem ściernicy
wynosi przy szlifowaniu zgrubnym 0,01 do 0,04 mm/przejście i przy
szlifowaniu wykańczającym 0,005 do 0,01 mm/przejście. Przy szlifowaniu czołem ściernicy głębokość skrawania na szlifierkach ze stołem prostokątnym przyjmuje się 0,02 ÷ 0,06 mm/skok przy zgrubnym szlifowaniu i 0,005 ÷ 0,01 przy szlifowaniu wykańczającym, a przy szlifowaniu
ściernicą segmentową na szlifierkach ze stołem obrotowym, odpowiednio, 0,10÷ 0,30 mm/obrót stołu i 0,01 ÷ 0,015 mm/obrót stołu.
Obszerniejsze omówienie odmian szlifowania i bardziej szczegółowe
dane do doboru parametrów szlifowania znajdują się w pracy [6].
Strona 182
4.6. Literatura
1. Feld M., Technologia budowy maszyn. Wydawnictwa Naukowe
PWN, Warszawa 2000.
2. Górski E., Poradnik frezera. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1999.
3. Dudik K., Górski E., Poradnik tokarza. Wydawnictwa NaukowoTechniczne, Warszawa 2000.
4. Normatywy technologiczne obróbki skrawaniem. Instytut Obróbki Skrawaniem, Wyd. Przem. Masz. WEMA, Warszawa
1979.
5. Wołk R., Normowanie czasu na obrabiarkach do obróbki skrawaniem. WNT, Warszawa 1972.
6. Praca zbiorowa pod red. J. Z. Sobolewskiego., Projektowanie
technologii maszyn. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2007.
7. Kaczmarek J., Podstawy obróbki wiórowej, ściernej i erozyjnej.
WNT, Warszawa 1970.
8. Katalog firmy SECO TOOLS AB.
Strona 183
ROZDZIAŁ 4
Strona 184

Techniki wytwarzania Projektowanie procesów technologicznych

Transkrypt

Podobne dokumenty

Instrukcja

Obróbka erozyjna

Obróbka materiałów dla przemysłu lotniczego NOWOCZESNE NARZĘDZIA Gu