Точение

Точение — это технологический процесс механической обработки резанием, при котором заготовка совершает главное вращательное движение, а режущий инструмент (обычно резец) выполняет движение подачи, снимая слой материала для получения детали заданной формы, размеров и качества поверхности. Точение является одним из основных и наиболее распространённых методов обработки тел вращения (валов, втулок, дисков, фланцев) и относится к лезвийной обработке.

История развития

Ручные токарные станки

Прообразы токарных станков были известны ещё в Древнем Египте и Древней Греции. Первые устройства приводились в движение мускульной силой человека: заготовку вращали вручную или с помощью тетивы лука, а резец держали в руке. Такие станки позволяли обрабатывать дерево и мягкие породы камня.

Механизация привода

В Средние века появились станки с ножным приводом (педалью), что освободило руки мастера для управления резцом. В XV–XVI веках токарные станки стали оснащаться кривошипно-шатунными механизмами и маховиками, что повысило стабильность вращения. Значительный вклад в развитие токарного дела внёс русский механик Андрей Нартов, который в 1717–1729 годах создал станок с механическим суппортом — устройством, заменяющим руку человека и автоматически перемещающим резец вдоль заготовки.

Промышленная революция

Ключевым этапом стало внедрение цельнометаллических токарных станков в конце XVIII — начале XIX века. Английский механик Генри Модсли в 1797–1800 годах сконструировал станок с ходовым винтом и сменными зубчатыми колёсами, что позволило нарезать резьбу с высокой точностью. Это изобретение положило начало промышленному производству взаимозаменяемых деталей.

Современный этап

В XX веке точение получило развитие благодаря появлению быстрорежущих сталей и твёрдых сплавов, что многократно увеличило скорости резания. Во второй половине века широкое распространение получили станки с числовым программным управлением (ЧПУ), автоматизирующие процесс и обеспечивающие высокую повторяемость и точность обработки. Современные токарные обрабатывающие центры позволяют выполнять не только точение, но и фрезерование, сверление и шлифование на одной установке.

Классификация видов точения

По характеру обработки

• Черновое точение (обдирка) — удаление основного припуска (до 5–10 мм на сторону) с целью приближения формы и размеров заготовки к готовой детали. Характеризуется большой глубиной резания и подачей, низкой точностью (12–14 квалитет) и значительной шероховатостью поверхности.
• Чистовое точение — окончательная обработка для достижения заданных размеров и качества поверхности (7–10 квалитет, шероховатость Ra 1,25–2,5 мкм). Глубина резания составляет 0,5–2 мм.
• Тонкое (финишное) точение — обработка с минимальной глубиной резания (0,1–0,5 мм) и малыми подачами, обеспечивающая высокую точность (5–6 квалитет) и низкую шероховатость (Ra 0,16–0,63 мкм). Часто применяется вместо шлифования.

По направлению подачи

• Продольное точение — резец перемещается параллельно оси вращения заготовки. Используется для обработки цилиндрических и конических поверхностей.
• Поперечное точение (подрезка торцов) — резец движется перпендикулярно оси вращения. Применяется для обработки торцовых плоскостей, канавок и отрезки деталей.

По форме обрабатываемой поверхности

• Наружное точение — обработка внешних поверхностей заготовки.
• Внутреннее точение (растачивание) — обработка внутренних цилиндрических и конических поверхностей (отверстий). Выполняется расточными резцами или борштангами.
• Фасонное точение — обработка поверхностей сложной формы (выпуклых, вогнутых, ступенчатых) с использованием фасонных резцов или копировальных устройств.

По способу закрепления заготовки

• В центрах — заготовка фиксируется между передним и задним центрами станка. Применяется для длинных валов.
• В патроне — заготовка зажимается в кулачковом или цанговом патроне. Наиболее распространённый способ для коротких деталей.
• На планшайбе — заготовка крепится к планшайбе болтами или прихватами. Используется для несимметричных или крупногабаритных деталей.
• В патроне с поддержкой задним центром — комбинированный способ для длинных заготовок, требующих дополнительной жёсткости.

Оборудование и инструмент

Токарные станки

Основные типы токарных станков:

• Токарно-винторезные станки — универсальные станки ручного управления, позволяющие выполнять широкий спектр токарных операций, включая нарезание резьбы. Модельный ряд: 1К62, 16К20, 1М63.
• Токарно-револьверные станки — оснащены револьверной головкой с несколькими инструментами, что сокращает время на их смену.
• Токарно-карусельные станки — предназначены для обработки крупногабаритных деталей (диаметром до 10 м и более). Заготовка вращается на горизонтальном планшайбе.
• Токарные станки с ЧПУ — автоматизированные станки, управляемые программой. Обеспечивают высокую точность и производительность. Примеры: HAAS, DMG MORI, Okuma.
• Токарные обрабатывающие центры — многофункциональные станки, сочетающие точение с фрезерованием, сверлением и другими операциями.

Токарные резцы

Конструктивно резец состоит из державки (корпуса) и режущей части (головки). По конструкции режущей части различают:

• Цельные резцы — изготовлены из одного куска инструментального материала (быстрорежущая сталь, твёрдый сплав).
• Сборные резцы — имеют сменную режущую пластину (из твёрдого сплава, керамики, поликристаллического алмаза или кубического нитрида бора), закреплённую на державке механическим способом. Наиболее распространены в современном производстве.

По назначению выделяют: проходные, подрезные, расточные, отрезные, канавочные, резьбовые и фасонные резцы.

Режимы резания

Основные параметры режима точения:

• Скорость резания (V) — скорость перемещения обрабатываемой поверхности относительно режущей кромки. Измеряется в метрах в минуту (м/мин). Зависит от материала заготовки, материала резца и требуемой стойкости инструмента.
• Подача (S) — перемещение резца за один оборот заготовки. Измеряется в миллиметрах на оборот (мм/об).
• Глубина резания (t) — толщина снимаемого слоя за один проход. Измеряется в миллиметрах.

Оптимальное сочетание этих параметров обеспечивает максимальную производительность при заданном качестве и стойкости инструмента.

Применение точения

Точение является одним из самых распространённых методов обработки в машиностроении, приборостроении, авиастроении, судостроении, автомобильной промышленности и других отраслях. С его помощью изготавливают:

• Детали машин и механизмов: валы, оси, шпиндели, втулки, фланцы, шестерни (заготовки), шкивы, муфты.
• Элементы трубопроводной арматуры: корпуса и штоки вентилей, задвижек, кранов.
• Детали двигателей: коленчатые и распределительные валы, поршни, гильзы цилиндров.
• Инструмент и оснастку: оправки, кондукторы, калибры.
• Изделия из неметаллических материалов: детали из пластмасс, текстолита, капролона, дерева.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая производительность и возможность автоматизации.
• Широкий диапазон обрабатываемых материалов (от мягких пластмасс до закалённых сталей).
• Возможность получения сложных форм (конусы, сферы, фасонные поверхности).
• Высокая точность размеров и низкая шероховатость поверхности при финишной обработке.
• Относительно низкая стоимость инструмента (по сравнению с фрезерным).

Недостатки

• Ограничение по форме деталей — преимущественно тела вращения.
• Значительные силы резания, требующие жёсткой фиксации заготовки и станка.
• Образование стружки, требующей удаления и утилизации.
• Необходимость использования смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) для снижения температуры и трения.
• Износ инструмента, требующий периодической замены или переточки.

Интересные факты

• Первый в мире токарный станок с механическим суппортом был создан русским механиком Андреем Нартовым в 1717 году — почти на 80 лет раньше станка Модсли.
• Современные токарные станки с ЧПУ способны обрабатывать детали с точностью до 0,001 мм (1 микрометр).
• Токарная обработка применяется не только в промышленности, но и в ювелирном деле, медицине (изготовление эндопротезов) и даже в космической отрасли.
• Скорость резания при точении современных алюминиевых сплавов может достигать 5000 м/мин, что сопоставимо со скоростью звука.

Источники

1. _Справочник технолога-машиностроителя._ В 2 т. / Под ред. А. Г. Косиловой и Р. К. Мещерякова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1985.
2. _Грановский Г. И., Грановский В. Г._ Резание металлов. — М.: Высшая школа, 1985.
3. _Богуславский Б. Л._ Основы технологии машиностроения. — М.: Машиностроение, 1998.
4. _ГОСТ 25762-83._ Обработка резанием. Термины, определения и обозначения общих понятий.
5. _Зенкин Н. И., Соколов В. И._ Токарное дело. — М.: Академия, 2007.