Toczenie

Tokarz przy pracy

Toczenie – rodzaj obróbki wiórowej stosowany najczęściej do obrabiania powierzchni zewnętrznych lub wewnętrznych przedmiotów w postaci brył obrotowych lub brył/zarysów osiowo-symetrycznych. Istnieje możliwość uzyskiwania metodą toczenia również innych kształtów niż obrotowe. 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:

$\tan \eta =v_f/v_c$

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. 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:

• $a_p$ – głębokość skrawania określana jako odległość powierzchni obrobionej i obrabianej, mierzonej prostopadle do kierunku ruchu posuwowego; najczęściej wyrażana w milimetrach,
• $f$ – posuw narzędzia na jeden obrót przedmiotu obrabianego,
• $r_{ϵ}$ – promień zaokrąglenia naroża,
• ${\kappa }_r$ – kąt przystawienia głównej krawędzi skrawającej,
• ${{\kappa }_r}^{\prime }$ – kąt przystawienia pomocniczej krawędzi skrawającej.

Podstawowe zależności w procesie toczenia

• Prędkość skrawania:

$v_c=\frac{\pi nD}{1000}[\mathrm{m}/\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}]$

• Wydatek objętościowy skrawania:

$Q=v_c{a}_{p}f[\mathrm{c}{\mathrm{m}}^{\mathrm{3}}/\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}]$

• Czas maszynowy przy toczeniu:

$t_m=\frac{l+l_d+l_w}{f\cdot n}i[\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}]$

• Trwałość ostrza (zgodnie z uproszonym wzorem Taylor

a):

$T=\frac{C_t}{v_t^s}[\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}]$

• Pole przekroju poprzecznego warstwy skrawanej:

$A_D=a_p\cdot f[\mathrm{m}{\mathrm{m}}^{\mathrm{2}}]$

• Siła skrawania:

$F_c=A_D{k}_c[\mathrm{N}]$

• Moc skrawania:

$P_e=\frac{F_c{v}_c}{60000\eta }[\mathrm{W}]$

Gdzie:

• $D$ – największa średnica toczonego zarysu [mm],
• $n$ – prędkość obrotowa ruchu głównego (wrzeciona) [obr./min],
• $a_p$ – głębokość skrawania [mm],
• $f$ – posuw na obrót narzędzia [mm/obr],
• $l$ – długość drogi skrawania [mm],
• $l_d$ – długość drogi dobiegu ostrza [mm],
• $l_w$ – długość drogi wybiegu ostrza [mm],
• $i$ – liczba przejść,
• $C_t$ – stała wielkość uwzględniająca wpływ czynników nie wyodrębnionych we wzorze,
• $s$ – wykładnik zależny od par materiałów,
• $k_c$ – opór właściwy skrawania [MPa],
• $\eta$ – sprawność tokarki,

Klasyfikacja metod toczenia

Ze względu na rodzaj narzędzia punktowa kształtowa obwiedniowa Ze względu na położenie osi obrotu przedmiotu toczenie poziome toczenie pionowe

Ze względu na kierunek ruchu posuwowego wzdłużne, poprzeczne, stożków, kopiowe. Ze względu na rodzaj powierzchni toczenie zewnętrzne (obtaczanie) toczenie wewnętrzne (wytaczanie, roztaczanie)

Ze względu na fazy procesu technologicznego i jakość

Wyróżnia się obróbkę zgubną, kształtującą oraz wykończeniową. 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, które można zastosować również dla toczenia:

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

• 
  Toczenie aluminium
• 
  Przykład toczonych brył obrotowych

Toczenie powierzchni stożkowych

Podstawowymi sposobami obróbki powierzchni stożkowych możliwych do realizacji na tokarkach są:

• 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.

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.