cwiczenie_1_-_toczenie_

KATEDRA TECHNIK WYTWARZANIA I AUTOMATYZACJI
Inżynieria wytwarzania: Obróbka ubytkowa
Przedmiot:
Temat ćwiczenia:
Toczenie
Numer ćwiczenia:
1
1. Cel ćwiczenia
Poznanie odmian toczenia, budowy i przeznaczenia narzędzi tokarskich, parametrów skrawania
i parametrów warstwy skrawanej, sił i zapotrzebowania mocy przy toczeniu. Obliczanie czasu
głównego przy toczeniu. Praktyczne poznanie wszystkich rodzajów zabiegów możliwych do
wykonania na tokarce.
2. Przebieg ćwiczenia
W ramach ćwiczenia należy:
1. Zapoznanie się z rodzajami i budową narzędzi tokarskich.
2. Przeprowadzenie zabiegów obróbkowych na tokarce uniwersalnej:
a) toczenia wzdłużnego,
b) toczenia poprzecznego,
c) wytaczania,
d) planowania wzdłużnego,
e) planowania porzecznego,
f) toczenia stożków krótkich,
g) toczenia stożków długich,
h) toczenia gwintów,
i) nacinania gwintów narzynką,
j) wiercenia.
3. Przeprowadzenie prób toczenia z różnymi parametrami obróbki i określenie ich wpływu
na proces tworzenia wióra i chropowatość obrabianej powierzchni.
3. Wytyczne do opracowania sprawozdania
Sprawozdanie wykonane ręcznie powinno zawierać:
- przebieg ćwiczenia (w punktach)
- schemat operacji tokarskich
- zadanie obliczeniowe
1. Wprowadzenie
Toczeniem nazywamy taki rodzaj obróbki skrawaniem, w którym ruch główny obrotowy
wykonuje przedmiot obrabiany napędzany poprzez wrzeciono tokarki (lub stołu w przypadku
tokarek karuzelowych), natomiast ruch pomocniczy posuwowy wykonuje narzędzie. Ze złożenia
tych ruchów otrzymuje się względne przemieszczenie narzędzia w odniesieniu do powierzchni
obrabianej. Dla powierzchni cylindrycznej i stożkowej ruch ten jest realizowany po linii
śrubowej, natomiast dla powierzchni czołowej ruch realizowany jest po torze spiralnym.
Wszystkie inne ruchy dodatkowe, związane z ustaleniem położenia narzędzia w stosunku do
części obrabianej, nazywamy ruchami pomocniczymi.
2. Klasyfikacja odmian toczenia
Klasyfikacja odmian toczenia może być dokonywana na podstawie zróżnicowanych
kryteriów:
a)
•
•
ze względu na położenie osi obrotowej:
toczenie osiowe ’’wzdłużne” – (rys. 1),
toczenie promieniowe ”poprzeczne” – (rys. 2),
Rys. 1. Przykład toczenia osiowego/zewnętrznego
Rys. 2. Przykład toczenia promieniowego
b)
w zależności od toczonej powierzchni:
•
toczenie powierzchni zewnętrznych – (rys. 1),
•
toczenie powierzchni wewnętrznych – (rys. 3),
Rys. 3. Przykład toczenia powierzchni wewnętrznych
c)
•
w zależności od wzajemnego usytuowania ruchu pomocniczego względem osi:
toczenie wzdłużne zewnętrzne i wewnętrzne – ruch pomocniczy wykonywany jest
równolegle do osi wrzeciona – (rys. 1/3),
•
toczenie poprzeczne zewnętrzne i wewnętrzne – ruch pomocniczy wykonywany jest
prostopadle do osi wrzeciona. Można tu wyodrębnić toczenie wcinające: kształtowe,
przecinanie, toczenie rowków (rys. 4/5),
•
toczenie stożków zewnętrznych i wewnętrznych, gdy kierunek ruchu posuwowego
przecina się z osią wrzeciona (rys. 6),
Rys. 4. Przykład przecinania toczonej powierzchni
Rys. 5. Przykład toczenia kształtowego
Rys. 6. Przykład toczenia stożków zewnętrznych
d)
w zależności od ilości narzędzi (ostrzy) równocześnie biorących udział w
skrawaniu:
•
toczenie jednonożowe,
•
toczenie wielonożowe (z podziałem posuwu i głębokości skrawania) – (rys. 7),
e)
toczenie kształtowe
•
toczenie gwintów wewnętrznych i zewnętrznych – (rys. 8),
•
toczenie kształtowe nożem kształtowym – (rys. 5),
•
toczenie kopiowe.
Rys. 7. Przykład operacji wiercenia z podziałem głębokości skrawania
Rys. 8. Przykład operacji toczenia gwintów zewnętrznych
3. Parametry skrawania
3.1. Technologiczne parametry skrawania
Na rys. 9. Przedstawiono schemat procesu toczenia z zaznaczonymi parametrami
technologicznymi.
Rys. 9. Schemat procesu toczenia
Do technologicznych parametrów skrawania podczas toczenia zaliczamy:
• prędkość skrawania Vc – jest to droga jaką przebywa krawędź skrawająca względem
przedmiotu obrabianego w jednostce czasu. Związek prędkości skrawania z prędkością
obrotową przedstawia zależność:
π ⋅d ⋅n  m 
1000  min 
vc =
gdzie:
d – średnica obrabianego przedmiotu [mm],
n – prędkość obrotowa przedmiotu obrabianego [obr./min].
• głębokość skrawania ap – jest to odległość pomiędzy powierzchnią obrabianą a
obrobioną.
ap =
d − d1
[mm], gdzie:
2
d – średnica przedmiotu obrabianego [mm],
d1 – średnica przedmiotu obrobionego [mm].
• posuw f – jest to przesunięcie noża zgodnie z kierunkiem ruchu posuwowego w czasie
jednego obrotu części obrabianej i jest mierzony w mm na 1 obrót części tocznej.
f – posuw na obrót, [mm/obr]
• posuw minutowy ft – jest to posuw wyrażony stosunkiem drogi, jaką przebywa w tym
ruchu narzędzie, do czasu.
ft = f ⋅ n [mm/min], gdzie:
f – posuw na obrót [mm/obr],
n – prędkość obrotowa [obr/min].
Rys. 10. Technologiczne parametry skrawania w procesie toczenia
3.2. Geometryczne parametry skrawania
Elementy geometryczne warstwy skrawanej określane są w przekroju charakterystycznym
warstwy skrawanej, tzn. w przekroju prostopadłym do wektora prędkości skrawania. Do
geometrycznych parametrów warstwy skrawanej zaliczamy:
• szerokość warstwy skrawanej b
b=
ap
sin κ
, gdzie:
ap – głębokość skrawania [mm],
κ – kąt przystawienia.
• grubość warstwy skrawanej h
h = f · sin κ, gdzie:
f – posuw [mm],
κ – kąt przystawienia.
4. Czas maszynowy toczenia
Czas maszynowy jest to czas potrzebny na zdjęcie naddatku z powierzchni przedmiotu
obrabianego. Oblicza się go z zależności:
tm =
L ⋅ i (l + l d + l w ) ⋅ i
=
, gdzie:
f ⋅n
ft
L – długość przejścia narzędzia [mm],
l – długość części toczonej [mm],
ld – dobieg narzędzia [mm],
lw – wybieg narzędzia [mm],
ft – posuw minutowy [mm/min],
f – posuw na obrót [mm/obr.],
n – prędkość obrotowa [obr./min],
i – liczba przejść narzędzia.
5. Siła, moment i moc skrawania
Siła całkowita skrawania jest efektem oddziaływania ostrza na przedmiot obrabiany, w
wyniku którego powstają odkształcenia sprężyste i plastyczne, a w ostatniej fazie oddzielenie
wióra od materiału obrabianego. Siłę całkowitą F rozkłada się na składowe Fx, Fy, Fz w osiach
obrabiarki, którym odpowiadają składowe w układzie narzędzia (Ff, Fp, Fc).
Rys. 11. Rozkład siły całkowitej F podczas toczenia na składowe.
Wzór na obliczenie siły skrawania Fc ma postać:
Fc = Cc · apxc · f yc ,gdzie:
wartości liczbowe stałych Cc, xc, yc potrzebne do obliczenia siły Fc odczytuje się z tablic.
Moc skrawania przy toczeniu wyznacza się z zależności:
C c ⋅ a p xc ⋅ f yc ⋅ Vc
Fc ⋅ Vc
Pc =
=
[kW]
60000
60000
Moc pobieraną przez silnik napędowy wrzeciennika tokarki oblicza się ze wzoru:
Ps =
Pc
η
[kW], gdzie:
ŋ – współczynnik sprawności układu napędowego tokarki ≈ 0,75.
Moment obrotowy na wrzecionie tokarki oblicza się z zależności:
M=
Fc ⋅ d
[Nm], gdzie:
2 ⋅ 1000
d – średnica przedmiotu obrabianego [mm].
6. Chropowatość powierzchni w procesie toczenia.
Chropowatość powierzchni obrobionej po toczeniu można wyznaczyć teoretycznie, rozpatrując
profil powierzchni kształtowanej przez ostrze o określonym promieniu zaokrąglenia naroża
przemieszczającego się o wartość posuwu f przypadającego na jeden obrót przedmiotu
obrabianego. Na rys. 12 przedstawiono sposób wyznaczenia maksymalnej wysokości profilu
chropowatości oraz wpływ posuwu oraz promienia zaokrąglenia naroża na chropowatość
powierzchni w procesie toczenia. Parametr Rt chropowatości wyraża się wzorem:
Rt = rε − rε2 −
f2
[mm ]
4
Lub po uproszczeniu zależność ta przedstawia się następująco:
f2
Rt =
⋅ 1000 [µm ]
8 ⋅ rε
Rys. 12. Chropowatość powierzchni w procesie toczenia
Rzeczywista wartość chropowatości powierzchni obrobionej po toczeniu jest jednak
uzależniona od wielu czynników, głównie od właściwości plastycznych materiału obrabianego,
drgań układu OUPN, zużycia narzędzia itp. Ich wpływ na chropowatość powierzchni określa
się doświadczalnie.
7. Narzędzia tokarskie
Są to narzędzia do obróbki ubytkowej polegającej na zdejmowaniu małych fragmentów
obrabianego materiału.
Rys. 13. Geometria części roboczej noża tokarskiego
Narzędzia tokarskie możemy podzielić na:
a) jednoczęściowe narzędzia tokarskie
• noże tokarskie ze stali szybkotnącej – są to narzędzia jednoczęściowe. Różnią się
chwytem, korpusem i częścią skrawającą. Chwyt do obróbki zewnętrznej jest
kwadratowy lub prostokątny oraz okrągły albo czworokątny w przypadku noży do
obróbki wewnętrznej.
Rys. 14. Nóż tokarski ze stali szybkotnącej
• noże tokarskie z ostrzami ze stopów twardych – mają podobne kształty jak noże
tokarskie ze stali szybkotnącej.
Rys. 15. Nóż tokarski z płytką ze stopów twardych
b) oprawki zaciskowe i płytki skrawające - do płytek skrawających, np. ze stopów twardych,
stosuje się często narzędzia tokarskie z oprawkami zaciskowymi. Różnią się one od narzędzi
jednoczęściowych zasadniczo ukształtowaniem korpusu narzędzia, w którym umieszczony jest
mechanizm zaciskowy. Budowa narzędzia składa się z korpusu (oprawki), płytki narzędziowej
i płytki podporowej. W zależności od budowy rozróżniamy różne mocowania płytki
skrawającej w korpusie. Płytka skrawająca najczęściej wykonana jest z węglika spiekanego z
dodatkowym pokryciem ochronnym. Wymiary i kształty płytek skrawających są ujednolicone
w międzynarodowych normach ISO. Ich podział zależy od podstawowego kształtu płytki
skrawającej i jej lokalizacji, a tym samym od kierunku skrawania.
Rys. 16. Nóż tokarski składany
Rys. 17. Kształt płytek skrawających do toczenia wg ISO
c) narzędzia do radełkowania - stosuje się je w celu wygniecenia na powierzchni przedmiotu
obrabianego drobnych rowków. Wykonuje się je najczęściej na powierzchniach chwytowych
części przyrządów, łbach śrub, itd. Do radełkowania używa się jako narzędzi hartowanych
rolek ze stali narzędziowej, które na obwodzie mają nacięte rowki o kącie rozwarcia 90°.
Na rys. 18 przedstawiono zestaw do radełkowania zawierający dwa trzonki (obustronny i
jednostronny), zestaw hartowanych rolek do radełkowania o różnych kątach nachylenia
rowków, oraz trzpienie mocujące rolki.
Rys. 18. Zestaw narzędzi do radełkowania
8. Wyposażenie stanowiska
Ćwiczenie laboratoryjne realizowane jest na tokarce uniwersalnej firmy KNUTH V-Turn
410 przedstawionej na Rys. 19.
Rys. 19. Tokarka uniwersalna KNUTH V-Turn 410 1-korpus, 2- skrzynka posuwów, 3 – skrzynka
prędkości, 4 – wyświetlacz cyfrowy położenia, 5 – wrzeciono przedmiotowe, 6 – imak nożowy, 7 –
prowadnice, 8 – konik, 9 – śruba pociągowa , 10 – wałek pociągowy , 11 – wałek sterujący (włączenie
prędkości obrotowej wrzeciona), 12 – skrzynka suportowa z dźwigniami sterującymi
(załączenie/wyłączenie mechanicznego posuwu wzdłużnego i poprzecznego)
Podstawowe wielkości charakterystyczne:
- Średnica obrabiania nad łożem (max)
410 mm
- Średnica obrabiania nad suportem
255 mm
- Przesuw osi X
210 mm
- Przesuw osi Z
102 mm
- Zakres prędkości, wysokie
550 – 3000 obr./min
- Zakres prędkości, niskie
30 – 550 obr./min
- Moc, napęd główny
5,5 kW
- Napięcie zasilania
400 V
- Wymiary ogólne
1940x820x1280 mm
- Waga
1200 kg
9. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest wykonanie następującej listy operacji:
1. Toczenie wzdłużne
7. Toczenie wzdłużne wewnętrzne
2. Toczenie poprzeczne czołowe
8. Toczenie gwintu zewnętrznego
3. Podcinanie
9. Podcinanie
4. Wiercenie
10. Toczenie kształtowe
5. Toczenie gwintu wewnętrznego
11. Radełkowanie rolką
6. Toczenie pow. stożkowej wewnętrznej
12. Toczenie pow. stożkowej zewnętrznej
Rys. 20. Operacje tokarskie wykonywane podczas laboratorium