Пошаговая токарная обработка на станках с ЧПУ: пояснения к токарной обработке

Обработка на станках с ЧПУ — это процесс обработки, включающий множество специфических техник, и ступенчатое точение — один из них. Эта операция резания подразумевает снятие материала с заготовки по всей её длине. Это фундаментальная операция обработки, используемая для создания прецизионные детали с различными диаметрами за один установ. В этой статье мы рассмотрим основы ступенчатого точения, чтобы вы лучше поняли этот метод обработки.

Определение, особенности и применение метода ступенчатого точения

Ступенчатая токарная обработка — это операция механической обработки, при которой материал снимается в отдельных осевых зонах, параллельных оси вращающейся заготовки, в результате чего получается несколько цилиндрических сегментов разного диаметра. Каждое изменение диаметра образует “уступ”, который должен быть как размерно точным, так и визуально чётким, если не указано иное.

При пошаговой обработке станок устанавливает один диаметр за раз, смещая положение инструмента вдоль оси для создания серии сегментов. В результате получается “ступенчатый” профиль: плоские цилиндрические фаски, разделённые резкими переходами. На токарных станках с ЧПУ координаты программируются на точную индексацию следующей позиции, обеспечивая повторяемость длины и положения уступов на деталях.

Типичная терминология

Где используется ступенчатое точение

Пошаговое поворотное движение встречается повсеместно в механических системах: автомобильные валы и оси, корпуса крепежных деталей с различными диаметрами, штоки клапанов, втулки, детали насосов и ступенчатые шкивы. Целью ступенчатой токарной обработки является изготовление деталей, соответствующих определенным конструктивным требованиям, с посадочными поверхностями и выступами для надежной посадки, чтобы они могли плавно взаимодействовать с различными сопрягаемыми компонентами, подшипниками, шестернями, муфтами и прокладками.

Машины, инструменты и необходимое оборудование для настройки

Ступенчатая токарная обработка может быть выполнена как ручным токарным станком, так и Обработка на станках с ЧПУ. Основные требования во многом схожи: надёжное крепление заготовки, осевая центровка, жёсткая установка инструмента и чёткий план последовательности резания. В этой части мы рассмотрим, как выполняется пошаговая токарная обработка на станках с ЧПУ.

Закрепление и центрирование

• Workholding: Трёхкулачковые патроны, цанги или мягкие кулачки обеспечивают фиксацию заготовки. Цанги обеспечивают превосходную концентричность на шлифованных прутках, а мягкие кулачки идеально подходят для нестандартных диаметров и деликатных поверхностей.
• Поддерживать: Длинные, тонкие детали лучше обрабатывать с помощью центра задней бабки или неподвижного люнета, чтобы предотвратить отклонение и вибрацию во время резки на уступах.
• Осевое выравнивание: Это в первую очередь обеспечивается собственной точностью станка с ЧПУ, шпинделя и зажимного патрона. Для обеспечения высочайшей точности во время настройки можно указать наружный диаметр (OD) или использовать измерительный прибор для проверки и точной настройки соосности.

Режущие инструменты, пластины и геометрия

• Тип инструмента: Для выполнения большинства операций ступенчатой обработки используется сменная пластина или однолезвийный токарный инструмент. Рекомендуется использовать прочный наконечник инструмента, способный воспринимать прерывистые нагрузки при входе в уступ. Для обработки специальных выступов или канавок можно использовать отрезной резец.
• Геометрия: Положительный передний угол с достаточным зазором уменьшает трение: малый радиус вершины инструмента способствует получению более острого угла уступа. Однако больший радиус увеличивает срок службы инструмента и чистота поверхности но на плече останется небольшой вырез.
• Специализированные инструменты: Инструменты для прорезки канавок или профилирования могут использоваться для эффективной обработки уступов или создания рельефов и фасок.

Скорости, подачи, охлаждающая жидкость и измерения

• Скорости/подачи: Соответствие материалу и инструменту. Более твёрдые сплавы требуют умеренной скорости резания и более прочных пластин. Например, алюминий, будучи относительно мягким металлом, допускает более высокие скорости резания и большие подачи. Начните с рекомендаций производителя и корректируйте параметры в зависимости от стружкообразования и износа инструмента.
• Охлаждающая жидкость: Полезно для эвакуации стружки и контроля температуры, особенно при обработке сталей и нержавеющей стали. Для легкообрабатываемых материалов сухая или аэрозольная резка может быть приемлемой, если стружка хорошо ломается.
• Измерение: После обработки на станке с ЧПУ штангенциркуль часто используется для измерения изменений диаметра и длины шагов во время настройки и проверки.

Как работает процесс ступенчатой токарной обработки

Ступенчатая токарная обработка позволяет получать точные цилиндрические элементы различных диаметров на одной заготовке. Для успешного выполнения этой задачи необходимо сосредоточиться на трёх ключевых принципах: тщательном планировании, сохранении жёсткости при черновой обработке и выполнении аккуратных, контролируемых чистовых проходов.

Планирование по чертежу

Для токарных станков с ЧПУ планирование происходит в программе, где вы задаёте координаты траектории инструмента и включаете контрольные перемещения, чтобы гарантировать чистоту обработки на каждом этапе. Ключевой тактикой повышения эффективности является последовательность операций для выполнения как можно большего количества элементов одним инструментом перед переключением. Это минимизирует количество смен инструмента и снижает накопленную погрешность.

Черновой монтаж и последовательность для жесткости

Цель черновой обработки — эффективно снять материал, не нарушая стабильности. Всегда работайте от наиболее жёсткого состояния к наименее жёсткому. Распространённая и эффективная стратегия — сначала черновая обработка деталей наибольшего диаметра. Оставляйте небольшой равномерный припуск на чистовую обработку на каждом этапе.

Жёсткость — очень важный фактор. Сведите вылет инструмента и заготовки к минимуму. Для тонких валов используйте центр задней бабки или подвижный люнет, чтобы предотвратить прогиб и подавить вибрацию. Для контроля стружкообразования выберите подходящую подачу и глубину резания, чтобы обеспечить стружкообразования.

Отделка уступов, фасок и переходов

Чистовые проходы требуют более лёгкого прикосновения и лучшего контроля поверхности заготовки. Выполняйте лёгкие, равномерные проходы для достижения конечного размера и желаемого качества поверхности. При подходе к уступу поддерживайте стабильную, непрерывную подачу, чтобы избежать застреваний.

Для получения качественного квадратного плеча слегка наклоните плечо после Обтачивание смежного диаметра. Если чертеж позволяет, добавление небольшой фаски или поднутрения на уступе облегчает сборку и защищает края от повреждений. Продумайте стратегию удаления заусенцев: срежьте все острые кромки на углах, не являющихся базовыми. Если острая кромка необходима для выполнения функций, её необходимо замаскировать во время удаления заусенцев и тщательно проверить после этого, возможно, под увеличением.

Удаление заусенцев и осмотр

В процессе обработки на станках с ЧПУ зачистка часто включает удаление заусенцев с кромок ступеней и уступов с помощью специальных инструментов. После этого тщательно проверьте все диаметры и измерьте точность.

Допуски, качество поверхности и контроль качества

Прецизионная ступенчатая токарная обработка обеспечивает баланс между контролем диаметра, геометрией выступа и чистотой поверхности.

Контроль размеров и прямоугольности

• Допуски: Для многих ступенчатых валов требуется допуск ±0,001 дюйма в диаметре или меньше. Длина ступеней может быть привязана к аналогичным диапазонам в зависимости от назначения. Заплечики часто относятся к базовой точке и могут включать ограничения по перпендикулярности или биению.
• Перпендикулярность: Проверьте положение поверхностей заплечиков относительно базовой оси с помощью индикаторной развёртки или путём сборки сопрягаемых деталей во время проверки первого изделия. Любая конусность или отклонение инструмента будут проявляться в виде неперпендикулярности заплечиков.

Шероховатость поверхности и сколы кромок

• Целевые показатели чистоты обработки: Функциональные посадочные места под подшипники и уплотнения обычно требуют более гладкой обработки, чем некритичные поверхности. Достигните требуемого значения Ra, выполнив правильный радиус при вершине, чистовые проходы и, при необходимости, лёгкую полировку, гарантируя отсутствие смещения размеров.
• Сколы кромок: если не указан острый угол, контролируемая фаска или небольшой радиус защищают кромки, облегчают сборку и снижают риск образования заусенцев во время эксплуатации.

Дефекты и пути их устранения при токарной обработке

При пошаговом повороте небольшие проблемы с настройкой быстро становятся очевидными в виде ошибок в размерах, вибрации или дефектов плеча. Для их решения необходим краткий план действий.

Ступени большего/меньшего размера

К основным причинам ошибок размеров относятся неправильная коррекция инструмента, тепловое расширение, непостоянное измерительное усилие или выполнение пружинных резов, не обеспечивающих удаление материала. Чтобы исправить это, повторно проточите инструменты, дайте детали и инструменту достичь теплового равновесия и используйте последовательный метод микрометрирования. Всегда оставляйте предсказуемый припуск на чистовую обработку и проверяйте фактическую толщину стружки, чтобы избежать непроизводительных “воздушных резов”.”

Вибрация, конусность и износ инструмента

Вибрация устраняется уменьшением вылета инструмента и заготовки, добавлением опоры в виде задней бабки или неподвижного люнета, а также небольшим увеличением подачи или снижением скорости для выхода из зоны резонанса. Также помогает переход на более острую пластину с положительным передним углом. Для конусности необходимо проверить выравнивание задней бабки, биение шпинделя или патрона, а также убедиться, что инструмент установлен точно по центру. На станках с ЧПУ проверьте значения компенсации и температурные смещения. Износ инструмента критически важен, поскольку ступенчатые профили негативно влияют на затупление инструмента при входе в уступ. Важно следить за сроком службы инструмента, своевременно заменять пластины и проверять режущую кромку на наличие микросколов, которые образуют закругления на уступах.

Заусенцы и плохое качество обработки плеч

Эти дефекты обычно вызваны тупым инструментом, слишком большим радиусом при вершине элемента или истиранием из-за слишком слабой подачи вблизи уступа. Для устранения дефекта следует использовать меньший радиус при вершине для острых уступов, поддерживать равномерную чистовую подачу в уступ и выполнять лёгкий зачистной рез.

Безопасность и контроль стружки

Всегда держите защитные приспособления на месте, надевайте защитные очки и используйте крюк или щётку для стружки (ни в коем случае не руками) для её удаления. При резке на уступах горячая, закрученная стружка может отбрасываться в сторону оператора, поэтому используйте охлаждающую жидкость или отрегулируйте геометрию стружколома, чтобы контролировать её поток. Всегда делайте паузу, чтобы удалить стружку перед измерениями в области уступов.

Сравнение ступенчатой токарной обработки с родственными операциями

Пошаговое точение часто обсуждается в контексте нескольких смежных операций. Понимание различий позволяет избежать ошибок при моделировании или программировании.

Прямолинейное точение, прорезка канавок и торцевание

• Прямой поворот: Это относится к созданию единого, постоянного диаметра по всей длине заготовки. Ступенчатую обработку можно рассматривать как многократное выполнение прямолинейной обработки в различных осевых положениях для создания ступенчатых диаметров.
• Обработка канавок: Создаёт узкие углублённые элементы или рельефы, а не значительные изменения диаметра. Ступенчатая обработка может сопровождаться канавками для создания рельефов в основании заплечиков или для стопорных колец.
• Облицовка: Выравнивает конец изделия или плечевую часть. Дополняет поворотный шов для завершения длины шага и отделки плеча.

Конусная и фасонная токарная обработка

• Точение конуса: создает плавный конический переход, а не резкий уступ. Используйте конусы для посадок с натягом или совмещения деталей, где ступенчатое изменение формы было бы слишком резким.
• Фасонная токарная обработка: использует специальные инструменты или профили ЧПУ для создания сложных контуров. Может включать в себя ступени внутри более сложной формы, но целью является нелинейная геометрия, а не отдельные плоские поверхности.

Сравнение ЧПУ и ручного управления

• Токарные станки с ЧПУ: обеспечивают повторяемость, простую последовательность нескольких этапов, стандартные циклы и точное позиционирование буртика во всех партиях. Идеально подходят для обработки валов разного диаметра с жесткими допусками и требованиями к документации.
• Ручные токарные станки: идеально подходят для изготовления прототипов или небольших партий изделий, когда опытный оператор может размечать переходы, устанавливать упоры и часто проводить измерения. Успех зависит от тщательной разметки, единообразия техники и регулярных проверок в процессе производства.

Заключение

Ступенчатая токарная обработка — это фундаментальный метод обработки, используемый для создания деталей с различными диаметрами и точными уступами за один эффективный установ. Его главное преимущество — обеспечение точных размеров и соотношений между элементами, что крайне важно для деталей, которые должны точно сопрягаться с другими компонентами.

Освоение этого процесса требует понимания всего процесса обработки, от планирования до проверки. Владение ступенчатым точением, будучи универсальным и необходимым навыком, закладывает основу для более сложных задач обработки и имеет решающее значение для изготовления ступенчатых деталей, встречающихся в большинстве механических узлов.

Часто задаваемые вопросы