Toczenie

(c) Deutsche Fotothek‎, CC BY-SA 3.0 de

Tokarz przy pracy

Toczenie – rodzaj obróbki wiórowej stosowany najczęściej do obrabiania powierzchni zewnętrznych lub wewnętrznych przedmiotów w postaci brył obrotowych^[1] lub brył/zarysów osiowo-symetrycznych. Istnieje możliwość uzyskiwania metodą toczenia również innych kształtów niż obrotowe^[a]. Toczenie polega na oddzielaniu nożem tokarskim warstwy materiału z przedmiotu, w celu uzyskania pożądanego kształtu i wymiarów. Tokarka jest obrabiarką przeznaczoną do obróbki powierzchni zewnętrznych (toczenie) i wewnętrznych (wytaczanie).

Kinematyka toczenia

Ruchy występujące w trakcie realizacji toczenia można podzielić na:

• ruchy podstawowe: ruch główny i ruch posuwowy,
• ruchy pomocnicze: ruchy mające na celu ustawienie narzędzia względem przedmiotu obrabianego (skrawanie się wtedy nie odbywa).

Ruchy podstawowe oznaczone są na rysunku i nazywane są:

• prędkością skrawania v_c,
• prędkością posuwu v_f,
• prędkością wypadkową v_e.

Prędkość wypadkowa (efektywna) v_e, jest sumą wektorową prędkości skrawania oraz posuwu. Definiuje się również kąt ruchu wypadkowego, zawarty między wektorami v_c i v_e. W przypadku występowania kąta prostego między wektorami v_f oraz v_c prawdziwa staje się zależność:

${\displaystyle \tan \eta =v_{f}/v_{c}}$

Parametry geometryczne warstwy skrawanej

Geometrię warstwy skrawanej najczęściej rozpatruje się w płaszczyźnie prostopadłej do wektora prędkości skrawania przechodzącej przez punkt na krawędzi skrawającej. Parametry geometrii warstwy skrawanej opisuje się zgodnie z normą PN-M-01002-03:1992^[2]. Mimo że norma została wycofana w roku 2012, zwyczajowo jednak w podręcznikach obróbki skrawaniem do dziś opisuje się przekrój warstwy skrawanej zgodnie z jej zaleceniami. Do jej opisu służą następujące wielkości^[3]:

• ${\displaystyle a_{p}}$ – głębokość skrawania określana jako odległość powierzchni obrobionej i obrabianej, mierzonej prostopadle do kierunku ruchu posuwowego; najczęściej wyrażana w milimetrach,
• ${\displaystyle f}$ – posuw narzędzia na jeden obrót przedmiotu obrabianego,
• ${\displaystyle r_{\epsilon }}$ – promień zaokrąglenia naroża,
• ${\displaystyle \kappa _{r}}$ – kąt przystawienia głównej krawędzi skrawającej,
• ${\displaystyle \kappa _{r}'}$ – kąt przystawienia pomocniczej krawędzi skrawającej.

Podstawowe zależności w procesie toczenia

• Prędkość skrawania:

${\displaystyle v_{c}={\frac {\pi nD}{1000}}\quad [\mathrm {m/min} ]}$

• Wydatek objętościowy skrawania:

${\displaystyle Q={v_{c}a_{p}f}\quad [\mathrm {cm^{3}/min} ]}$

• Czas maszynowy przy toczeniu:

${\displaystyle t_{m}={\frac {l+l_{d}+l_{w}}{f\cdot n}}i\quad [\mathrm {min} ]}$

• Trwałość ostrza (zgodnie z uproszonym wzorem Taylor

a):

${\displaystyle T={\frac {C_{t}}{v_{t}^{s}}}\quad [\mathrm {min} ]}$

• Pole przekroju poprzecznego warstwy skrawanej:

${\displaystyle A_{D}=a_{p}\cdot f\quad [\mathrm {mm^{2}} ]}$

• Siła skrawania:

${\displaystyle F_{c}=A_{D}k_{c}\quad [\mathrm {N} ]}$

• Moc skrawania:

${\displaystyle P_{e}={\frac {F_{c}v_{c}}{60000\eta }}\quad [\mathrm {W} ]}$

Gdzie:

• ${\displaystyle D}$ – największa średnica toczonego zarysu [mm],
• ${\displaystyle n}$ – prędkość obrotowa ruchu głównego (wrzeciona) [obr/min],
• ${\displaystyle a_{p}}$ – głębokość skrawania [mm],
• ${\displaystyle f}$ – posuw na obrót narzędzia [mm/obr],
• ${\displaystyle l}$ – długość drogi skrawania [mm],
• ${\displaystyle l_{d}}$ – długość drogi dobiegu ostrza [mm],
• ${\displaystyle l_{w}}$ – długość drogi wybiegu ostrza [mm],
• ${\displaystyle i}$ – liczba przejść,
• ${\displaystyle C_{t}}$ – stała wielkość uwzględniająca wpływ czynników nie wyodrębnionych we wzorze,
• ${\displaystyle s}$ – wykładnik zależny od par materiałów,
• ${\displaystyle k_{c}}$ – opór właściwy skrawania [MPa],
• ${\displaystyle \eta }$ – sprawność tokarki,

Klasyfikacja metod toczenia

Ze względu na fazy procesu technologicznego i jakość

Wyróżnia się obróbkę zgubną, kształtującą oraz wykończeniową^[3]. Parametry technologiczne, głównie głębokości skrawania a_p oraz posuwu f, tych metod obróbki różnią się w zależności od materiału obrabianego, skrawności narzędzia oraz możliwości obrabiarki. Wyróżnia się również klasyfikację opartą na kryteria jakościowych^[3], które można zastosować również dla toczenia:

• toczenie zgrubne,
• toczenie średnio dokładne,
• toczenie dokładne,
• toczenie bardzo dokładne.

Toczenie powierzchni stożkowych

Podstawowymi sposobami obróbki powierzchni stożkowych możliwych do realizacji na tokarkach są^[5]:

• toczenie przez skręcenie suportu,
• toczenie przez przestawienie osi konika
• toczenie wg liniału,
• toczenia na tokarkach kopiarkach,
• toczenie nożem kształtowym,
• toczenie na tokarkach sterownych numerycznie.

Obróbkę powierzchni stożkowych prowadzi się w oddzielnej operacji lub w zabiegach.

Uwagi

Przypisy

Bibliografia

• J. Kaczmarek, Podstawy obróbki wiórowej, ściernej i erozyjnej, WNT, Warszawa 1970.
• M. Feld, Podstawy projektowania procesów technologicznych typowych części maszyn, WNT, 2007.
• W. Olszak, Obróbka skrawaniem, WNT, 2019.