Выбор резца для токарной обработки

Специалисты, которые часто пользуются резцами для токарного станка при выполнении работ по металлу, а также те, кто занимается продажей этих изделий или снабжением машиностроительных предприятий, прекрасно осведомлены о том, каких видов бывают эти инструменты. Тем же, кто нечасто сталкивается в своей практике с токарными резцами, достаточно сложно разобраться в их видах, представленных на современном рынке в большом разнообразии.

Конструкция токарного резца

В конструкции любого резца, используемого для токарной обработки, можно выделить два основных элемента:

1. державка, при помощи которой инструмент фиксируется на станке;
2. рабочая головка, посредством которой выполняется обработка металла.

Рабочую головку инструмента формируют несколько плоскостей, а также режущих кромок, угол заточки которых зависит от характеристик материала изготовления заготовки и типа обработки. Державка резца может быть выполнена в двух вариантах своего поперечного сечения: квадрат и прямоугольник.

По своей конструкции, резцы для токарной обработки подразделяются на следующие виды:

• прямые — инструменты, у которых державка вместе с их рабочей головкой располагаются на одной оси, либо на двух, но параллельных друг другу;
• изогнутые резцы — если посмотреть на такой инструмент сбоку, то явно видно, что его державка изогнута;
• отогнутые — отгиб рабочей головки таких инструментов по отношению к оси державки заметен, если посмотреть на них сверху;
• оттянутые — у таких резцов ширина рабочей головки меньше, чем ширина державки. Ось рабочей головки такого резца может совпадать с осью державки либо быть относительно нее смещенной.

Классификация резцов для токарной обработки

Классификация токарных резцов регламентируется требованиями соответствующего ГОСТ. Согласно положениям данного документа, резцы причисляется к одной из следующих категорий:

• цельный инструмент, полностью изготовленный из легированной стали. Существуют также резцы, которые изготавливаются целиком из инструментальной стали, но используются они крайне редко;
• резцы, на рабочую часть которых напаивается пластина, выполненная из твердого сплава. Инструменты данного типа получили наибольшее распространение;
• резцы со сьемными твердосплавными пластинами, которые крепятся к их рабочей головке при помощи специальных винтов или прижимов. Используются резцы данного типа значительно реже по сравнению с инструментами других категорий.

Основные понятия, касающиеся работы токарного резца, и его главные углы
(нажмите, чтобы увеличить)

Различаются резцы и по направлению, в котором совершается подающее движение. Так, бывают:

1. токарные инструменты левого типа — в процессе обработки они подаются слева направо. Если положить сверху на такой резец левую руку, то его режущая кромка будет располагаться со стороны отогнутого большого пальца;
2. правые резцы — тип инструмента, получившего наибольшее распространение, подача которого осуществляется справа налево. Для идентификации такого резца, на него необходимо положить правую руку — его режущая кромка будет располагаться, соответственно, со стороны отогнутого большого пальца.

Отличие левых и правых резцов

В зависимости от того, какие работы выполняются на токарном оборудовании, резцы подразделяются на следующие типы:

• для выполнения чистовых работ по металлу;
• для черновых работ, которые также называются обдирочными;
• для получистовых работ;
• для выполнения тонких технологических операций.

Виды токарных резцов по металлу

В статье мы рассмотрим весь спектр токарных резцов по металлу и определим назначение и особенности каждого из них. Важное уточнение: к какому бы типу ни относились резцы, в качестве материала их режущих пластин используются определенные марки твердых сплавов: ВК8, Т5К10, Т15К6, значительно реже Т30К4 и др.

Проходные прямые резцы

Используют инструмент с прямой рабочей частью для решения тех же задач, что и резцы отогнутого типа, но он менее удобен для снятия фасок. В основном таким инструментом для токарного станка по металлу (к слову, не получившим широкого распространения) обрабатывают внешние поверхности цилиндрических заготовок.

Проходные прямые резцы

Державки таких резцов для токарного станка выполняются в двух основных типоразмерах:

• прямоугольная форма – 25х16 мм;
• квадратная форма – 25х25 мм (изделия с такими державками используются для выполнения специальных работ).

Проходные отогнутые резцы

Такие типы резцов, рабочая часть которых может быть отогнута в правую или левую сторону, используют для обработки на токарном станке торцевой части заготовки. С их помощью также снимают фаски.

Проходные отогнутые резцы

Державки инструментов данного вида могут быть выполнены в различных размерах (в мм):

• 16х10 (для учебных станков);
• 20х12 (этот размер считается нестандартным);
• 25х16 (наиболее распространенный типоразмер);
• 32х20;
• 40х25 (изделия с державкой такого размера изготавливаются преимущественно под заказ, их практически невозможно найти в свободной продаже).

Все требования к резцам по металлу данного назначения оговорены в ГОСТ 18877-73.

Проходные упорные отогнутые резцы

Такие инструменты для токарного станка по металлу могут изготавливаться с прямой или отогнутой рабочей частью, но на этой конструктивной особенности не акцентируют внимание, а просто называют их проходными упорными.

Проходные упорные отогнутые резцы

Проходной упорный резец, с помощью которого на токарном станке выполняется обработка поверхности цилиндрических заготовок из металла, является наиболее востребованным видом режущего инструмента. Конструктивные особенности такого резца, который выполняет обработку заготовки вдоль оси ее вращения, позволяют даже за один проход снимать с ее поверхности значительное количество лишнего металла.

Державки изделий данного вида также могут быть выполнены в различных размерах (в мм):

Данный инструмент для токарного станка по металлу также может быть выполнен с правым или левым отгибом рабочей части.

Подрезные отогнутые резцы

Внешне такой подрезной резец очень напоминает проходной, но у него другая форма режущей пластины – треугольная. При помощи таких инструментов для токарного станка по металлу заготовки обрабатывают по направлению, перпендикулярному оси их вращения. Кроме отогнутых, есть и упорные виды таких токарных резцов, но область их применения очень ограничена.

Подрезные отогнутые резцы

Резцы данного типа могут быть изготовлены со следующими размерами державок (в мм):

Отрезной резец считается наиболее распространенным типом инструмента для токарного станка по металлу. В полном соответствии со своим названием используется такой резец для отрезки заготовок под прямым углом. С его помощью также прорезают канавки различной глубины на поверхности детали из металла. Определить, что перед вами именно отрезной резец для токарного станка, достаточно просто. Его характерной чертой является тонкая ножка, на которую и напаяна пластина из твердого сплава.

В зависимости от конструктивного исполнения выделяют право- и левосторонние виды отрезных резцов для токарного станка по металлу. Отличить их друг от друга очень просто. Для этого необходимо перевернуть резец режущей пластиной вниз и посмотреть, с какой стороны располагается его ножка. Если с правой, то он правосторонний, а если слева, то, соответственно, левосторонний.

Различаются такие инструменты для токарного станка по металлу еще и по размерам державки (в мм):

• 16х10 (для небольших учебных станков);
• 20х12;
• 20х16 (самый распространенный типоразмер);
• 40х25 (такие массивные токарные резцы сложно найти в свободной продаже, в основном их изготавливают под заказ).

Резьбонарезные резцы для наружной резьбы

Назначение таких резцов для токарного станка по металлу – нарезание резьбы на наружной поверхности заготовки. Данными серийными инструментами нарезают метрическую резьбу, но можно изменить их заточку и нарезать с их помощью резьбу другого вида.

Резцы для нарезания наружной резьбы

Режущая пластина, устанавливаемая на таких токарных резцах, имеет копьевидную форму, изготавливается она из сплавов, которые были указаны выше.

Такие резцы делают в следующих типоразмерах (в мм):

• 16х10;
• 25х16;
• 32х20 (используются очень редко).

Такими резцами для токарного станка можно нарезать резьбу только в отверстии большого диаметра, что объясняется их конструктивными особенностями. Внешне они напоминают расточные резцы для обработки глухих отверстий, но не стоит их путать, так как они принципиально отличаются друг от друга.

Резцы для нарезания внутренней резьбы

Выпускаются такие резцы по металлу в следующих типоразмерах (в мм):

Державка этих инструментов для токарного станка по металлу имеет квадратное сечение, размеры сторон которого можно определить по двум первым цифрам в обозначении. Третья цифра – это длина державки. От данного параметра зависит глубина, на которую можно нарезать резьбу во внутреннем отверстии заготовки из металла.

Такие резцы можно использовать только на тех токарных станках, которые оснащены приспособлением, называемым гитарой.

Расточные резцы для обработки глухих отверстий

Расточными резцами, режущая пластина которых имеет треугольную форму (как и у подрезных), выполняют обработку глухих отверстий. Рабочая часть инструментов этого типа выполнена с изгибом.

Расточные резцы для глухих отверстий

Державки таких резцов могут иметь следующие размеры (в мм):

Максимальный диаметр отверстия, которое можно обработать при помощи такого токарного резца, зависит от размера его державки.

Расточные резцы для обработки сквозных отверстий

Такими резцами, рабочая часть которых выполнена с изгибом, обрабатываются сквозные отверстия, предварительно полученные при помощи сверления. Глубина отверстия, которое можно обработать на станке при помощи инструмента данного вида, зависит от длины его державки. Слой металла, который снимается при этом, приблизительно равен величине отгиба его рабочей части.

Расточные резцы для сквозных отверстий

На современном рынке представлены расточные резцы следующих типоразмеров, требования к которым оговариваются в ГОСТ 18882-73 (в мм):

Сборные резцы для токарных станков

Рассматривая основные типы токарных резцов, нельзя не упомянуть инструменты со сборной конструкцией, которые относятся к универсальным, так как могут быть оснащены режущими пластинами различного назначения. Например, закрепляя на одной державке режущие пластины различного типа, можно получить резцы для обработки на токарном станке заготовок из металла под различными углами.

Как правило, такие резцы применяются на станках с ЧПУ или же на специальных станках и служат для контурного точения, расточки глухих и сквозных отверстий и прочих специализированных работ.

Классификация резцов для токарной обработки включает в себя также прорезные, фасонные и некоторые другие типы. Понять принцип работы таких инструментов можно, ознакомившись с таблицей в начале статьи.

При токарной обработке с заготовки за определенное число проходов снимается лишний металл, называемый припуском. В результате получается изделие заданной формы с требуемыми размерами и классом шероховатости поверхностей. В общем виде операция точения детали на токарном станке выглядит следующим образом: резец последовательно перемещается с заданной подачей вглубь металла вращающейся заготовки, при этом его режущая кромка за каждый оборот удаляет с заготовки заданную толщину металла.

Режимы резания при токарной обработке определяют на основании ряда технических показателей, среди которых самые значимые — это подача инструмента и частота вращения детали, закрепленной в шпинделе станка. Правильный выбор и применение режимов обработки гарантируют не только геометрическую точность и экономичность изготовления, но и сохранность детали, инструмента и оборудования, а также безопасность станочника.

Основные параметры

Одна из главных задач технологической подготовки производства при токарных работах — это определение рациональных режимов резания. При их расчете должны учитываться особенности обрабатываемого изделия и возможности станочного парка, а также наличие соответствующего инструмента, приспособлений и оснастки. Компоновка узлов и агрегатов токарного станка позволяет реализовать два определяющих вида движения, которые формируют заданную конфигурацию поверхностей детали: вращение заготовки (главное движение) и перемещение резца вглубь и вдоль поверхности детали (подача). Поэтому основными технологическими параметрами для токарного оборудования являются:

• глубина резания;
• подача и обороты шпинделя;
• скорость резания.

Существует взаимовлияние режимов резания и основных элементов производственной экономики. Среди них самые значимые — это:

• производительность оборудования;
• качественные показатели производства;
• стоимость выпускаемых изделий;
• износ оборудования;
• стойкость инструмента;
• безопасность труда.

Понятие о режимах резания

Точение на предельных режимах повышает производительность токарного оборудования. Однако такая работа станков не всегда возможна и целесообразна, т.к. существуют ограничения в виде предельной мощности главного привода, жесткости и прочности обрабатываемых изделий, а также технологических параметров инструмента и оснастки.

Еще одним ограничением являются характеристики отдельных материалов. К примеру, титан и нержавеющая сталь для токарной обработки являются одними из наиболее сложных материалов и требуют особого подхода при определении параметров технологической операции.

При неправильном расчете или подборе технологических параметров работа на высоких скоростях может вызвать повышенную вибрацию и разбалансировку отдельных механизмов токарного станка. Это приводит к понижению точности и повторяемости размеров изделий. Кроме этого повышается риск поломки инструмента и выхода из строя станка.

Глубина

Припуск — это толщина металла, удаляемого токарным резцом с заготовки до достижения ею чистового размера. При обточке и расточке он удаляется поэтапно за заданное число резов. Толщина металла, удаляемого за единичный проход резца, в механообработке носит название глубина резания и измеряется в миллиметрах. В технологических расчетах и таблицах этот параметр обозначают буквой t.

При операциях обточки она равна 1/2 разности диаметров перед и после обточки детали и вычисляется по формуле:

где t – глубина резания; D — диаметр заготовки; d – заданный диаметр детали.

При операциях подрезки — это размер слоя металла, удаляемого с торца заготовки за единичный проход резца, а при проточке и отрезке — глубина канавки.

В идеальном случае на удаление припуска требуется один проход резца. Но в реальности токарный процесс, как правило, включает в себя черновой и чистовой этап обработки (а для поверхностей с повышенной точностью – и получистовой). При хороших характеристиках и форме заготовки обе эти операции выполняются за два-три прохода.

Подача

Подача при токарной обработке — это длина пути при поперечном перемещении режущей кромки резца, совершаемом ей за единичный оборот шпинделя. Ее измеряют в мм/об, в технологической документации обозначают буквой S и подбирают по технологическим справочникам. Величина подачи зависит от мощности главного привода, значения t, габаритов и физических свойств обрабатываемой заготовки. При точении она рассчитывается по формуле:

Производительность токарного оборудования напрямую связана с величиной подачи.

При операции точения подача на токарном станке должна устанавливаться на максимально возможное число, но с учетом технологических параметров станка и применяемого инструмента. При операциях по черновому точению она зависит от мощности главного привода и устойчивости детали. А при чистовом точении основным критерием является заданный класс шероховатость поверхности.

Скорость

Скорость резания при токарной обработке — это суммарная траектория режущей кромки резца за единицу времени. Ее размерность — в м/мин, а в таблицах и расчетах ее обозначают буквой v и подбирают по технологической документации или рассчитывают по формулам. В последнем случае расчет происходит в следующей последовательности:

• вычисляется величина t;
• по справочнику выбирается значение S;
• определяется табличное значение vт;
• рассчитывается уточненное значение vут (умножением на корректирующие коэффициенты);
• с учетом скорости вращения шпинделя выбирается фактическое значение vф.

Этот параметр является одной из основных характеристик производительности металлорежущего оборудования и напрямую влияет на эксплуатационные режимы работы токарного станка, износ инструмента и качество обрабатываемой поверхности.

Выбор режима на практике

Расчет режимов резания при токарной обработке производится специалистами отдела главного технолога предприятия или технологического бюро цеха. Полученные результаты заносят в операционную карту, в которой приводится последовательность этапов, перечень инструмента и режимы изготовления требуемой детали на конкретном токарном станке. Заводские и цеховые технологи рассчитывают параметры технологического процесса и выбирают соответствующие инструмент и оснастку, используя конструкторские чертежи, эмпирические формулы и табличные показатели из технологических справочников. Но на практике реальные условия точения могут отличаться от нормативных по следующим причинам:

• снижение точности оборудования в результате износа;
• отклонения в геометрических размерах и физических характеристиках заготовки.
• несоответствие характеристик материала расчетным.

Элементы резания при токарной обработке

Поэтому для уточнения расчетных технологических режимов применяют метод пробных проходов: точение небольших участков поверхности с подбором режимов и последующим замером геометрии и качества поверхности. Главные недостатки такой отладки технологического процесса — это возрастание трудозатрат и сверхнормативное использование производственных ресурсов. Поэтому его используют только в особых случаях:

• единичное изготовление без операционной карты;
• определение точности работы токарного оборудования перед запуском партии;
• работа с неполноценными заготовками (брак и неточность размеров);
• обточка литейных и кованых заготовок, не прошедших предварительную обдирку;
• запуск в производство изделий из новых материалов.

При первом запуске в производство нового изделия, обрабатываемого на автоматизированном оборудовании, также производят пробное точение и подбирают вручную режимы резания. Токарный станок с ЧПУ выполняет все операции по программе, поэтому оператор не всегда может корректировать параметры его работы.

Кроме углеродистых сталей на токарном оборудовании обрабатывают такие металлы как легированная сталь, чугун, титан, сплавы алюминия, бронза и другие сплавы меди. Помимо этого, такую обработку используют для точения материалов с низкой температурой плавления и воспламенения, таких как пластики и дерево. При работе с пластмассами токарные станки чаще всего применяют при обработке деталей из фоторопласта, полистирола, полиуретана, оргстекла, текстолита, а также эпоксидных и карбомидовых композитов. Все перечисленные группы материалов имеют свои особенности расчета и практического применения режимов точения. Это хорошо видно на примере токарной обработки нержавейки — самого распространенного после углеродистой стали конструкционного материала.

Нержавеющая сталь характеризуется низкой теплопроводностью, вязкостью, коррозионной стойкостью, сохранением прочности и твердости при высоких температурах, а также неравномерным упрочнением. Кроме того, в состав некоторых сортов нержавеющей стали входят легирующие добавки повышенной твердости с абразивными характеристиками. Поэтому при работе с ней на практике применяют специальные режимы точения и методы охлаждения и смазки детали.

Обработка нержавейки ведется на повышенных оборотах при уменьшенной подаче. Высокая вязкость этого материала способствует созданию непрерывной вьющейся стружки.

Для решения этой проблемы применяют резцы со стружколомом. Для отвода тепла и смазки обрабатываемой поверхности в рабочую зону подается специальная СОЖ (смазочно-охлаждающей жидкости) на основе олеиновой кислоты. Это уменьшает нагрев заготовки и снижает износ резца. В последнее время все чаще применяют современные методы, которые также уменьшают износ инструмента: направление в рабочую зону ультразвуковых волн и подвод к металлу слаботочных импульсов.

Вычисление скорости резания

Время точения металла (tосн, основное время) — самая затратная составляющая в суммарном времени изготовления единичного изделия. Поэтому от скорости выполнения этой технологической операции напрямую зависит экономическая эффективность использования токарного оборудования. Правильный расчет скорости резания при токарной обработке важен не только с точки зрения стоимостных показателей производственной операции. Ошибки в расчете и применении этого параметра может привести не только к браку детали, но и к повреждению токарного оборудования, оснастки и инструмента. Далее приводится последовательность расчета этого показателя для самой распространенной операции — обточки цилиндрической поверхности.

Основные факторы, влияющие на скорость резания

Скорость резания v имеет размерность м/мин и в общем виде вычисляется по формуле:

где D — диаметр заготовки в мм; n — скорость шпинделя в об/мин.

Но на токарном оборудовании невозможно количественно задать v в качестве параметра управления. При работе на токарных станках предусмотрена регулировка только оборотов шпинделя и подачи инструмента, которые зависит не только от значения v, но и от ряда других факторов: материала детали, мощности главного привода, вида точения и характеристик режущего инструмента. Поэтому при расчете режимов в первую очередь определяют расчетные обороты шпинделя:

На основании полученного результата по таблицам справочной литературе выбирают соответствующее значение v, которое зависит глубины точения, подачи, материала, типа резца и вида операции.

Для расчета теоретической глубины резания t на основании чертежа определяют размерные характеристики детали и заготовки, а затем с учетом геометрических параметров инструмента вычисляют ее по формуле:

где D — диаметр заготовки; d – конечный диаметр детали.

После вычисления величины t по справочникам определяют табличное значение подачи S в мм/об. В справочных таблицах учтены: вид материала (различные стали, бронза, чугун, титан, алюминиевые сплавы), тип точения (черновое, чистовое), параметры резца и геометрия его подхода к обрабатываемой поверхности. Затем по технологическим таблицам на основании полученных величин t и S определяют vτ — табличное значение скорости резания.

Далее vτ должна быть скорректирована в соответствии с реальными условиями точения, к которым относят: период стойкости и технические параметры резца, прочностные характеристики материала, физическое состояние обрабатываемых поверхностей, геометрия резания.

Корректировка vт осуществляется с помощью группы поправочных коэффициентов:

где v_ут — уточненная скорость резания; K1 — коэффициент, зависящий от времени работы резца; K2, K4 — коэффициенты, зависящие от технических параметров резца; K3 — коэффициент, зависящий от состояния обрабатываемой поверхности; K4 — коэффициент, зависящий от материала резца; K5 — коэффициент, зависящий от геометрии обработки.

После расчета vут вычисляют уточненную скорость вращения шпинделя nут по следующей формуле:

Значение nут должно лежать в диапазоне паспортных скоростей главного привода станка, которые приведены в заводской документации токарного оборудования. Если полученная в результате расчетов nут не имеет точного соответствия в таблицах станка, то необходимо применить ближайшее самое меньшее число.

Формулы для токарной обработки

На последнем этапе рассчитывают фактическую скорость резания v_ф:

V_ф напрямую связана с мощностью главного двигателя станка. Поэтому она является основным параметром при выборе конкретного типа токарного станка для обработки требуемой детали.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Выбор режущего инструмента

Его следует начинать с анализа шероховатости поверхностей детали, которая задана на чертеже. В зависимости от параметра шероховатости выбирается метод обработки данной поверхности, которому соответствует свой специфический режущий инструмент. В табл. 1 приведена зависимость шероховатости поверхности от различных методов обработки.

Немаловажное значение для обработки имеет выбор материала инструмента. При его выборе следует руководствоваться рекомендациями табл. 2. Для тонких (отделочных) методов обработки материалов с высокими скоростями резания (свыше 500 м/мин) рекомендуется применение сверхтвердых инструментальных материалов.

Наиболее распространенными среди них являются материалы, полученные на основе кубического нитрида бора.

Шероховатость поверхности при механических методах обработки

Параметры шероховатости
Ra
40	2.5	0.63	0.16
черновое
тонкое
черновое
тонкое
черновое
тонкое
Зенкерование	чистовое
черновое
чистовое
тонкое
черновое
тонкое
черновое
тонкое

Примечание. Заполнение в ячейках таблицы показывает, каким методом обработки достигается требуемая шероховатость.