Toczenie krokowe w obróbce CNC: Wyjaśnienie operacji toczenia

Obróbka CNC to proces obróbki obejmujący wiele specyficznych technik, a toczenie krokowe jest jedną z nich. Ta operacja skrawania polega na usuwaniu materiału z przedmiotu obrabianego wzdłuż jego długości. Jest to podstawowa operacja obróbki służąca do tworzenia… części precyzyjne o różnych średnicach w jednym ustawieniu. W tym blogu omówimy podstawy toczenia stopniowego, aby lepiej zrozumieć tę technikę obróbki.

Definicja, cechy i zastosowania metody toczenia krokowego

Toczenie krokowe to operacja obróbki skrawaniem, która polega na usuwaniu materiału w odrębnych strefach osiowych, równoległych do osi obracającego się przedmiotu obrabianego, tworząc wiele cylindrycznych segmentów o różnych średnicach. Każda zmiana średnicy tworzy “ramię”, które musi być zarówno dokładne wymiarowo, jak i wizualnie wyraźne, chyba że określono inaczej.

Podczas toczenia stopniowego maszyna ustala jedną średnicę na raz, przesuwając położenie narzędzia wzdłuż osi, aby utworzyć serię segmentów. Rezultatem jest profil “schodkowy”: płaskie, cylindryczne powierzchnie styku oddzielone ostrymi przejściami. W tokarkach CNC współrzędne są programowane tak, aby precyzyjnie indeksować do następnego stanowiska, zapewniając powtarzalność długości i położenia ramion na różnych częściach.

Typowa terminologia

Gdzie stosuje się toczenie krokowe

Toczenie krokowe występuje wszędzie w układach mechanicznych: wały i osie samochodowe, korpusy elementów złącznych o różnych średnicach, trzonki zaworów, tuleje, elementy pomp i koła pasowe stopniowane. Celem toczenia schodkowego jest produkcja części spełniających określone wymagania konstrukcyjne, z powierzchniami montażowymi i ramionami umożliwiającymi niezawodne dopasowanie, dzięki czemu mogą one płynnie współpracować z różnymi współpracującymi elementami, łożyskami, przekładniami, sprzęgłami i przekładkami.

Maszyny, narzędzia i podstawowe elementy konfiguracji

Toczenie krokowe można wykonywać zarówno przy użyciu tokarki ręcznej, jak i Obróbka CNC. Podstawowe wymagania są w dużej mierze podobne: bezpieczne mocowanie przedmiotu obrabianego, ustawienie osiowe, sztywne ustawienie narzędzia i przejrzysty plan kolejności cięć. W tej części skupimy się na sposobie realizacji toczenia stopniowego w obróbce CNC.

Mocowanie i centrowanie

• Uchwyt roboczy: Uchwyty trójszczękowe, tuleje zaciskowe lub miękkie szczęki utrzymują obrabiany przedmiot. Tuleje zaciskowe zapewniają doskonałą współosiowość na szlifowanych prętach, natomiast miękkie szczęki idealnie nadają się do obróbki niestandardowych średnic i delikatnych powierzchni.
• Wsparcie:Długie, smukłe części wymagają zastosowania konika środkowego lub podtrzymki stałej, aby zapobiec ugięciu i drganiom podczas cięć na ramionach.
• Wyrównanie osiowe:Jest to zagwarantowane przede wszystkim dzięki wrodzonej dokładności maszyny CNC, wrzeciona i uchwytu (uchwytu lub tulei zaciskowej). Aby spełnić najwyższe wymagania dotyczące precyzji, podczas konfiguracji można wskazać średnicę zewnętrzną (OD) lub użyć szlifowanego rejestratora, aby zweryfikować i precyzyjnie dostroić ustawienie.

Narzędzia skrawające, płytki i geometria

• Typ narzędzia: Do większości operacji toczenia stopniowego stosuje się płytki wymienne lub noże tokarskie jednoostrzowe. Preferowany jest wytrzymały czubek narzędzia, który może przenosić obciążenia przerywane przy wejściu w kołnierz. Do obróbki określonych podcięć lub rowków można użyć noża przecinającego.
• Geometria:Dodatni kąt natarcia z odpowiednim luzem zmniejsza tarcie: mały promień ostrza narzędzia pomaga uzyskać ostrzejszy narożnik. Jednak większy promień wydłuża żywotność narzędzia i wykończenie powierzchni ale utworzy małe zaokrąglenie na wysokości łopatki.
• Narzędzia specjalistyczne:Narzędzia do rowkowania i profilowania można stosować w celu oczyszczenia kołnierzy lub wykonania wgłębień i fazowań.

Prędkości, posuwy, chłodziwo i pomiary

• Prędkości/posuwy:Dopasuj do materiału i narzędzia. Twardsze stopy wymagają konserwatywnej prędkości skrawania i twardszych płytek. Na przykład, aluminium, będąc stosunkowo miękkim metalem, pozwala na wyższe prędkości i duże posuwy. Zacznij od zaleceń producenta i dostosuj ustawienia w oparciu o formowanie wiórów i zużycie narzędzia.
• Płyn chłodzący:Przydatne do odprowadzania wiórów i kontroli temperatury, szczególnie w przypadku stali i stali nierdzewnej. W przypadku materiałów obrabianych mechanicznie, cięcie na sucho lub w mgle może być skuteczne, jeśli wióry dobrze się łamią.
• Pomiar:Po procesie CNC, suwmiarka jest często używana do pomiaru zmian średnicy i długości kroku podczas konfiguracji i kontroli.

Jak działa proces toczenia krokowego

Toczenie stopniowe pozwala uzyskać precyzyjne, walcowe detale o różnych średnicach na jednym przedmiocie obrabianym. Aby osiągnąć sukces, należy skupić się na trzech kluczowych zasadach: skrupulatnym planowaniu, zachowaniu sztywności podczas obróbki zgrubnej oraz wykonywaniu starannych, kontrolowanych przejść wykańczających.

Planowanie z rysunku

W przypadku tokarek CNC planowanie odbywa się w programie, gdzie definiuje się współrzędne ścieżki narzędzia i uwzględnia ruchy weryfikacyjne, aby zapewnić czyste cięcie każdego kroku. Kluczową taktyką wydajnościową jest sekwencjonowanie operacji w celu wykonania jak największej liczby elementów jednym narzędziem przed zmianą, co minimalizuje liczbę zmian narzędzi i zmniejsza kumulację błędów.

Wstępne cięcie i sekwencjonowanie dla uzyskania sztywności

Celem obróbki zgrubnej jest efektywne usuwanie materiału bez utraty stabilności. Zawsze pracuj od najbardziej sztywnego miejsca do najmniej sztywnego. Powszechną i skuteczną strategią jest obróbka zgrubna najpierw największych średnic. Pozostaw niewielki, równomierny naddatek na wykończenie na każdym etapie.

Sztywność jest bardzo istotnym czynnikiem. Należy zminimalizować wysięg narzędzia i przedmiotu obrabianego. W przypadku wałów smukłych należy stosować kieł konika lub podtrzymkę ruchomą, aby przeciwdziałać ugięciu i tłumić drgania. Aby zapewnić kontrolę wiórów, należy dobrać odpowiednią prędkość posuwu i głębokość skrawania, aby ułatwić ich łamanie.

Wykańczanie ramion, faz i przejść

Przejścia wykończeniowe wymagają lżejszego nacisku i większej kontroli nad powierzchnią obrabianego przedmiotu. Wykonuj lekkie, równe cięcia, aby uzyskać ostateczny rozmiar i pożądane wykończenie powierzchni. Podczas zbliżania się do kołnierza należy utrzymywać stabilny, ciągły posuw, aby uniknąć śladów zacięć.

Aby uzyskać wysokiej jakości kwadratowe ramię, należy lekko obrócić ramię do przodu Po Obrót sąsiedniej średnicy. Jeśli rysunek na to pozwala, dodanie niewielkiej fazy lub podcięcia na stopniu ułatwia montaż i chroni krawędzie przed uszkodzeniem. Należy pamiętać o strategii usuwania zadziorów: należy wyłamać wszystkie ostre krawędzie w narożnikach niebędących punktem odniesienia. Jeśli ostra krawędź jest wymagana funkcjonalnie, należy ją zamaskować podczas usuwania zadziorów i dokładnie sprawdzić później, potencjalnie pod powiększeniem.

Gratowanie i kontrola

W procesie CNC, gratowanie często obejmuje usuwanie zadziorów z krawędzi stopni i ramion za pomocą dedykowanych narzędzi. Na koniec przeprowadza się dokładną kontrolę, aby zmierzyć wszystkie średnice pod kątem dokładności.

Tolerancje, wykończenie powierzchni i kontrola jakości

Precyzyjne toczenie krokowe pozwala na zachowanie równowagi między kontrolą średnicy, geometrią ramion i wykończeniem powierzchni.

Kontrola wymiarów i prostopadłości

• Tolerancje: Wiele wałów stopniowanych wymaga średnicy ±0,001 lub mniejszej. Długości stopni mogą być utrzymywane w podobnych zakresach w zależności od funkcji. Ramiona często odnoszą się do punktu odniesienia i mogą obejmować ograniczenia prostopadłości lub bicia.
• Prostopadłość: Sprawdź powierzchnie ramion względem osi bazowej za pomocą wskaźnika lub poprzez montaż pasujących komponentów podczas kontroli pierwszego egzemplarza. Każde zwężenie lub ugięcie narzędzia będzie widoczne jako nieprostopadłe ramiona.

Chropowatość powierzchni i pęknięcia krawędzi

• Cele wykończenia: Powierzchnie funkcjonalne łożysk i uszczelnień zazwyczaj wymagają gładszego wykończenia niż powierzchnie niekrytyczne. Osiągnij docelowy współczynnik Ra poprzez odpowiedni promień naroża, przejścia wykończeniowe i, w razie potrzeby, lekkie polerowanie, zapobiegając dryftowi wymiarowemu.
• Pęknięcia krawędzi: Jeśli nie określono ostrego narożnika, kontrolowane fazowanie lub mały promień chroni krawędzie, ułatwia montaż i zmniejsza ryzyko powstawania zadziorów podczas użytkowania.

Wady i rozwiązania w operacji toczenia

Podczas toczenia krokowego drobne problemy z ustawieniem szybko dają o sobie znać, takie jak błędy w rozmiarze, drgania czy wady barków. Zwięzły podręcznik jest niezbędny do rozwiązania problemu.

Stopnie o zbyt dużych/zbyt małych rozmiarach

Do głównych przyczyn błędów rozmiaru należą nieprawidłowe przesunięcia narzędzi, rozszerzalność cieplna, nierównomierna siła pomiaru lub wykonywanie cięć sprężynowych, które nie usuwają materiału. Aby to naprawić, należy ponownie wypolerować narzędzia, pozwolić części i narzędziu osiągnąć równowagę termiczną i stosować spójną technikę mikrometryczną. Zawsze należy pozostawiać przewidywalny naddatek na wykończenie i weryfikować rzeczywiste obciążenie wiórem, aby uniknąć nieproduktywnych “cięć powietrznych”.”

Drgania, stożkowatość i zużycie narzędzi

Drgania można wyeliminować poprzez zmniejszenie wysięgu narzędzia i przedmiotu obrabianego, dodanie podparcia w postaci konika lub podtrzymki stałej oraz nieznaczne zwiększenie posuwu lub zmniejszenie prędkości, aby wyjść ze strefy rezonansowej. Pomocna jest również wymiana płytki na ostrzejszą z dodatnim kątem natarcia. Stożek wymaga sprawdzenia ustawienia konika, weryfikacji bicia wrzeciona lub uchwytu oraz upewnienia się, że narzędzie jest ustawione dokładnie na wysokości osi. W przypadku maszyn CNC należy potwierdzić wartości kompensacji i przesunięcia termiczne. Zużycie narzędzia ma kluczowe znaczenie, ponieważ profile schodkowe stępiają narzędzia na wejściu w kołnierz. Ważne jest monitorowanie trwałości narzędzia, szybka wymiana płytek i kontrola krawędzi skrawającej pod kątem mikrowyszczerbień, które zaokrąglają kołnierze.

Zadziory i słabe wykończenie barku

Te wady są zazwyczaj spowodowane stępieniem narzędzi, zbyt dużym promieniem naroża elementu lub otarciem spowodowanym zbyt lekkim posuwem w pobliżu kołnierza. Rozwiązaniem jest użycie mniejszego promienia naroża w przypadku ostrych kołnierzy, utrzymanie stałego posuwu wykańczającego w kołnierzu oraz wykonanie lekkiego skrawania czyszczącego.

Bezpieczeństwo i kontrola wiórów

Zawsze zakładaj osłony, noś okulary ochronne i używaj haka do wiórów lub szczotki – nigdy rąk – do usuwania wiórów. Cięcia w pobliżu kołnierza mogą wyrzucać gorące, zwinięte wióry w kierunku operatora, dlatego należy zastosować chłodziwo lub dostosować geometrię łamacza wiórów, aby kontrolować ich przepływ. Zawsze rób przerwy, aby usunąć wióry przed pomiarem w pobliżu kołnierza.

Porównanie toczenia krokowego z podobnymi operacjami

Toczenie krokowe jest często omawiane w kontekście kilku pokrewnych operacji. Zrozumienie tych różnic pozwala uniknąć błędów w modelowaniu lub programowaniu.

Toczenie proste, rowkowanie i planowanie

• Skręcanie na wprost:Odnosi się to do uzyskania jednej, spójnej średnicy na całej długości przedmiotu obrabianego. Toczenie schodkowe można rozumieć jako wielokrotne toczenie proste wykonywane w różnych położeniach osiowych w celu uzyskania średnic schodkowych.
• Rowkowanie: Tworzy wąskie zagłębienia lub wgłębienia, a nie duże zmiany średnicy. Rowki mogą towarzyszyć toczeniu schodkowemu, zapewniając wgłębienia u nasady barku lub pod pierścienie ustalające.
• Okładzina: Wyrównuje koniec pracy lub powierzchnię ramienia. Uzupełnia toczenie stopniowe, aby sfinalizować długość stopnia i wykończenie ramion.

Toczenie stożkowe i toczenie kształtowe

• Toczenie stożkowe: Tworzy stopniowe, stożkowe przejście zamiast gwałtownego odsadzenia. Używaj stożków do pasowań interferencyjnych lub elementów wyrównujących, gdzie stopniowa zmiana byłaby zbyt nagła.
• Toczenie kształtowe: Wykorzystuje specjalne narzędzia lub profile CNC do generowania złożonych konturów. Może obejmować stopnie w obrębie bardziej złożonego kształtu, ale celem jest uzyskanie geometrii nieliniowej, a nie dyskretnych płaskich powierzchni.

Rozważania na temat CNC i Manual

• Tokarki CNC: oferują powtarzalność, łatwe sekwencjonowanie wielu kroków, cykle standardowe i precyzyjne pozycje ramion w partiach. Idealne do wałków o różnych średnicach z wąskimi tolerancjami i wymaganiami dotyczącymi dokumentacji.
• Tokarki ręczne: Idealne do prototypów lub produkcji niskoseryjnej, gdzie doświadczony operator potrafi nanosić przejścia, ustawiać ograniczniki i często dokonywać pomiarów. Sukces zależy od starannego znakowania, konsekwentnej techniki i zdyscyplinowanej kontroli w trakcie procesu.

Wniosek

Toczenie krokowe to podstawowa technika obróbki skrawaniem, wykorzystywana do tworzenia części o wielu średnicach i precyzyjnych krawędziach w jednym, wydajnym ustawieniu. Jej główną zaletą jest zapewnienie dokładnych wymiarów i relacji między elementami, co jest niezbędne w przypadku części, które muszą idealnie pasować do pozostałych komponentów.

Opanowanie tego procesu wymaga zrozumienia całego procesu obróbki, od planowania po weryfikację. Biegłość w toczeniu stopniowym, jako wszechstronna i niezbędna umiejętność, stanowi podstawę dla bardziej złożonych zadań obróbkowych i jest kluczowa dla produkcji części stopniowanych, które znajdują się w większości zespołów mechanicznych.

Często Zadawane Pytania