Токарная обработка


                В. Н. Фещенко Р. X. Махмутов







ТОКАРНАЯ ОБРАБОТКА



Учебник


9-е издание, исправленное и дополненное















Москва Вологда « Инфра-Инженерия» 2022

УДК 621.941
ББК 34.632
     Ф47




Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент МВТУ им. Н. Э. Баумана Л. И. Вереина; канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник АО «ВНИИинструмент» В. Я. Любарский;
канд. техн. наук А. Л. Вильсон






            Фещенко, В. Н.


Ф47       Токарная обработка : учебник / В. Н. Фещенко, Р. X. Махмутов. -
      9-е изд., испр. и доп. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 460 с. : ил., табл.
            ISBN 978-5-9729-0909-4

     Приведены основные сведения о работах, выполняемых на токарно-винторезных станках, обрабатываемых материалах, основных и вспомогательных инструментах, о типах, устройстве и наладке токарных станков. Рассмотрены особенности конструкции и наладки станков с ЧПУ.
     Для учащихся учреждений начального профессионального образования. Может быть использовано при профессиональном обучении рабочих на производстве.

                                                               УДК 621.941
                                                               ББК 34.632














ISBN 978-5-9729-0909-4

  © Фещенко В. Н., Махмутов Р. X., 2022
  © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                        © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

                ВВЕДЕНИЕ





    Научно-технический прогресс на нашей планете тесно связан с развитием машиностроения, с помощью которого человеческое общество удовлетворяет свои растущие потребности. Для своего развития машиностроение постоянно нуждается в совершенствования металлорежущих станков и, в первую очередь, в токарных, на которых выполняется наибольший объем работ в машиностроении. Поэтому в токарных станках наибольшее количество разновидностей, т.е. типов станков для различных видов работ.
    В этой книге рассмотрены наиболее распространенные в нашем машиностроении конструкции токарных станков и методы работы на них. Безусловно, что уже в промышленности имеются более совершенные станки, но и те, которые описаны в книге еще находятся в эксплуатации. Учитывая, что новое оборудование обладает преемственностью к тому оборудованию, что находится в эксплуатации, то это позволяет использовать в производстве станки, что описаны в книге и новые. Без сомнения, что со временем появляется новое поколение машин, а, следовательно, на производстве малоэффективные станки будут заменяться новыми. В этом суть технического прогресса. Поэтому в машиностроении всегда имеется постоянная потребность в грамотных и опытных специалистах.
    Обучение в профессиональных учебных заведениях направлено на формирование у учащихся технического мышления и умения применять полученные знания в производственных условиях. Учащиеся получают начальную теоретическую подготовку, а также приобретают практические навыки работы на современном оборудовании. Однако в процессе производственной деятельности необходимо также непрерывно углублять и совершенствовать приобретенные знания и навыки. Самообразование - это черта нашего времени, верный путь повышения профессионального мастерства молодых рабочих.
    Приносим глубокую признательность всем, кто поделился своим опытом, словом и делом принял участие в составлении данного учебника и чьи наработки включены в этот учебник.
    С пожеланиями успехов и удачи.
Авторы

3

Токарная обработка. Фещенко В.Н., МахмутовР.Х.





                ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ




            1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ
            НА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКАХ


    Токарная обработка (точение) - наиболее распространенный метод изготовления на токарных станках деталей типа тел вращения (валов, дисков, осей, пальцев, цапф, фланцев, колец, втулок, гаек, муфт и др.). На них можно производить обтачивание и растачивание цилиндрических, конических, шаровых и профильных поверхностей этих деталей, подрезание торцов, вытачивание канавок, нарезание наружных и внутренних резьб, накатывание рифлений, сверление, зенкерование, развертывание отверстий и другие виды токарных работ (рис.1.1,а-к). Снятие стружки с поверхности вращающейся заготовки осуществляется режущим инструментом, основным элементом которого является клин, заостренный под углом Р (рис.1.2). Вращательное движение заготовки называют главным движением резания, а поступательное движение режущего инструмента - движением подачи. Различают также вспомогательные движения, которые не имеют непосредственного отношения к процессу резания, но обеспечивают транспортирование и закрепление заготовки на станке, его включение и изменение частоты вращения заготовки или скорости поступательного движения инструмента и др.
    Для обработки заготовки необходимо установить наиболее рациональные режимы резания, т.е. скорость резания, подачу и глубину резания.
    Скоростью резания и (м/с или м/мин) называют путь режущей кромки инструмента относительно обрабатываемой заготовки в направлении главного движения за единицу времени.
    Подачей S (мм/об) называют путь, пройденный режущей кромкой инструмента относительно вращающейся заготовки в направлении движения подачи за один оборот заготовки. Подача может быть продольной, если инструмент перемещается параллельно оси вращения заготовки, и поперечной, если инструмент перемещается перпендикулярно этой оси (рис.1.1 г).
    Глубина резания t (мм) определяется толщиной снимаемого слоя металла, измеренной по перпендикуляру к обработанной поверхности детали, за один рабочий ход инструмента относительно обрабатываемой поверхности.
    У обрабатываемой резанием заготовки различают обрабатываемую поверхность, с которой снимают стружку; обработанную поверхность, полученную после снятия стружки, и поверхность резания, которая образуется режущим инструментом и является переходной между обрабатываемой и обработанной поверхностями.

4

Глава I. Общие сведения о токарней обработке

Рис. 1.1. Основные виды токарных работ:
а - обработка наружных цилиндрических поверхностей; б-обработка наружных конических поверхностей; в - обработка торцов и уступов;
г - вытачивание пазов и канавок, отрезка заготовок;
д - обработка внутренних цилиндрических и конических поверхностей;
е - сверление, зенкерование развертывание отверстия; ж - нарезание наружной резьбы;
з - нарезание внутренней резьбы; и - обработка фасонных поверхностей; к - накатывание рифлений

Рис 1.2. Схема работы клина (а) и резца (б):
   1 - стружка; 2 - резец; 3 - заготовка; 4 - снимаемый слой материала; Р - сила, действующая на резец и клин при работе; [3 - угол заострения

Рис. 1.3. Основные поверхности заготовки и основные движения инструмента, осуществляющие процесс резания:
1 - обрабатываемая поверхность; 2 - поверхность резания; 3 - обработанная поверхность;
4 - ось вращения заготовки; 5 - продольная подача; 6 - поперечная подача; 7 - резец;
8 - заготовка; 9 - главное (вращательное) движение; t - глубина резания

5

Токарная обработка. Фещенко В.Н., МахмутовР.Х.



            1.2. ОБРАБАТЫВАЕМЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ


    Обработку деталей при токарной обработке, как правило, выполняют в два приема. Сначала снимают с обрабатываемой заготовки наружный слой металла (материала) и с ним убирают все дефекты и неровности наружного слоя, это черновое точение. Затем, с обрабатываемой поверхности снимают тонкий слой металла с тем, чтобы получить нужный размер, форму и соответствующее качество поверхности по наружному диаметру детали, это чистовое точение.
    Обрабатываемость материалов резанием зависит от их химического состава, структуры, механических и физических свойств.
    При черновом точении обрабатываемость оценивают стойкостью, сохранением режущих свойств и формы, инструмента при соответствующей скорости и силе резания, а при чистовой обработке - шероховатостью поверхности, точностью размеров обрабатываемой заготовки и стойкостью инструмента.
    Обрабатываемость металлов определяют методами, основанными на оценке изменений стойкости режущего инструмента при различных скоростях резания. Допустимую скорость резания как критерий оценки обрабатываемости применяют наиболее часто, так как скорость резания оказывает весьма существенное влияние на производительность, а следовательно, и на себестоимость обработки. Считается, что лучшую обрабатываемость имеет тот материал, который, при прочих равных условиях, допускает более высокую скорость резания.
    На токарных станках обрабатывают такие конструкционные материалы, как чугун, сталь, цветные металлы и их сплавы, пластмассы.
    Чугун - сплав железа с углеродом (2,14-4,5%) и некоторым количеством кремния, марганца и др. Различают серый, высокопрочный, ковкий и легированные чугуны.
    Серый чугун маркируют буквами СЧ и группой цифр. Буквы СЧ обозначают серый чугун, группа цифр - предел прочности при растяжении о в в МПа-10⁻¹.По механическим свойствам серые чугуны делят на чугуны малой прочности от СЧ10 до СЧ15 и чугуны повышенной прочности от СЧ20 до СЧ35. Для изготовления деталей чаще применяют серый чугун марок СЧ15, СЧ20, СЧЗО твердостью в пределах НВ163-255 и реже - СЧ35.
    Высокопрочный чугун получают введением в жидкий серый чугун чистого магния (0,3-1%) и церия (до 0,05%). В отличие от серых чугунов высокопрочный чугун маркируют буквами ВЧ и группой цифр. Группа цифр указывает на минимальное значение временного сопротивления при растяжении в МПа-10’¹ например марки ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45. Твердость высокопрочных чугунов изменяется в пределах НВ140-360.
    Ковкий чугун отличается высокой вязкостью; обозначается буквами КЧ и двумя группами цифр. Из них первая группа цифр обозначает предел прочности н а растяжение в МПа-10’¹, а вторая - относительное удлинение в процентах, например марки КЧ 45-7, КЧ50-5. Твердость ковких чугунов не превышает НВ320.
     Легированные чугуны получают введением легирующих элементов (хрома, кремния, алюминия, марганца и др.); их маркируют буквами и цифрами, например ЧХ1, ЧХ9Н5, ЧС5Ш, где буква Ч означает чугун, X, Н, С - легирую

6

Глава I. Общие сведения о токарной обработке

щие элементы, а цифры - их содержание в %; буква Ш указывает на шаровидную форму графита.
    Большое влияние на обрабатываемость резанием литых заготовок из серых чугунов оказывает поверхностный слой металла (литейная корка) толщиной 0,15-0,50 мм и твердостью НВ 285—321.
    По мере удаления от поверхности твердость снижается до НВ 187—229. Скорость резания литейной корки на 20- 30% ниже скорости резания внутренних слоев металла. Высокотемпературный отжиг чугунных отливок позволяет увеличить скорость резания в 1,5-2 раза.
    Сталь - сплав железа с углеродом (до 2,14%) и другими элементами. С увеличением содержания углерода повышается механическая прочность стали и соответственно возрастает сопротивление ее резанию.
    Углеродистые стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрами по порядку от 0 до 6 (например, Ст3). Чем больше число в обозначении марки, тем больше в стали углерода. Качественные углеродистые стали обозначают числами, например марки 08; 10; 15; 20; 25. Цифры указывают на среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 15 содержит углерода около 0,15%. Твердость стали не превышает НВ 230.
    Автоматные конструкционные стали обозначают буквой и цифрами, например марки А11, А12, А20, А30, АС40, где А - автоматная сернистая, АС - автоматная свинецсодержащая. Временное сопротивление этих сталей находится в пределах о„-600—800 МПа для холоднотянутой и о„-400—750 МПа для горячекатаной, твердость их составляет НВ160-207. Автоматные стали отличаются повышенным содержанием серы и фосфора (до 0,35%), а также наличием свинца (до 0,35%), поэтому обрабатываются лучше, чем конструкционные стали.
    Легированные стали обозначают цифрами и буквами, например марки 20Х, 40ХС, 30ХГН, 20ХНЗА. Первые цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, а буквы - наличие легирующих элементов. Цифрами после букв отмечено процентное содержание легирующих элементов. Буквой А в конце марки обозначают высококачественную сталь. Предел прочности этих сталей возрастает от о„-700 МПа (сталь 15Х) до ов=1300 МПа (сталь 20Х2Н4А). Повышение содержания некоторых легирующих элементов, таких, как хром (Х), молибден (М), ванадий (Ф), вольфрам (В), никель (Н), увеличивает прочность сталей и снижает теплопроводность, что ведет к ухудшению их обрабатываемости. Кремний (С) ухудшает обрабатываемость стали из-за образования в ней силикатных абразивных включений. Заготовки из крупнозернистой стали обрабатываются лучше, чем из мелкозернистой. Условные обозначения основных легирующих элементов в марках металлов и сплавов приведены в табл.1.1.

7

Токарная обработка. Фещенко В.Н., МахмутовР.Х.

Таблица 1.1
Условныеобоэначения основныхлегирующих элементов вмарках металлов и сплавов

 Элемент  Символ Принятое обозначе-  Элемент Символ | Принятое обозна-   Элемент Символ Принятое обозначе-  
                  ние элементов в                     чение элементов в                  ние элементов в    
                 марках металлов и                    марках металлов и                 марках металлов и   
                      сплавов                              сплавов                           сплавов        
                 черных цветных                       черных   цветных                  черных цветных     
                 А                   Кадмий             Кд               Рутений Ru                 Ру     
                 Ю                   Кобальт            К                Самарий Sm                Сам     
                   Л                 Кремний            С                Свинец  Pb                 С      
                   Р                 Лантан             Ш                 Селен  Se                 СТ     
  Азот      N      Ф                 Литий   С d        Г                Серебро Ag                 ср     
Алюминий  А1       Ви                Лютеций Co         Д        Кд      Скандий Sc                Скм     
  Барий   Ва       В                 Магний  Si         М         К      Сурьма  Sb                 Су     
Бериллий  Be     Гл                  Марга-  La       Н         Кр(К)    Таллий  71                 Тл     
   Бор    В        и         А       нец     Li       Б          Ла      Тантал    Та               ТТ     
 Ванадий  V                  Бр      Медь    Lu                  Лэ      Теллур  Те       Е         Т      
 Висмут   В!                Вам      Молиб-  Mg                  Люм     Тербий  7b       Т        Том     
Вольфрам  W                  Ви      ден     Mn                  Мг       Титан  7.       У        ТПД     
Гадолиний Gg            Гм           Неодим  Cu                Мц(Мр)     Тулий  7u       П        ТУМ     
 Галлий   Ga            Гл           Никель  Mo                   М      Углерод С        X         Ф      
 Гафний     Hf               Гф      Ниобий  N d                 Нм      Фосфор    P      Ц       Х(Хр)    
Германий  Ge                 Г       Олово   Ni                   Н       Хром     Cr               Се     
 Гольмий  Ho                ГОМ      Осмий   Nb                  Нб       Церий  Ce                 Ц      
Диспрозий Dy                ДИМ      Палла-  Sn                   О       Цинк   Zn            ЦЭВ         
 Европий  Eu                 Ев      дий     Os              Ос          Цирко-  Zr            Эрм         
 Железо   Fe                 Ж       Платина P d             Пд            ний   Er                        
Золото      Au          Зл           Празео- P t             Пл           Эрбий                            
Индий       In          Ин           дим     Pr              Пр                                            
 Иридий     Ir               И       Рений   Re                  Ре                                        
Иттербий    Yb              ИТМ      Родий   Rh                  Рд                                        
 Иттрий     Y                ИМ      Ртуть   Hg                   Р                                        

    Цветные металлы и сплавы. Медь, алюминий, цинк, марганец, титан и другие цветные металлы широко применяют в промышленности (приборостроении, самолетостроении и др.). Однако в качестве конструкционных материалов чаще применяют их сплавы. К сплавам цветных металлов, наиболее часто обрабатываемым на токарных станках, относятся бронза, латунь, алюминиевые сплавы и др.
    Бронза - сплав меди с оловом, алюминием, марганцем, кремнием и другими элементами. Бронзы обозначают буквами Бр, начальными буквами основных элементов, вошедших в сплав, и цифрами, указывающими среднее содержание этих элементов в процентах. Например, сплав БрОЗЦ12С5 содержит в среднем 3% олова (О), 12% цинка (Ц), 5% свинца (С) и остальное - медь. Для лучшей обрабатываемости бронз и улучшения их антифрикционных свойств в состав бронз вводят свинец.
    Латунь - сплав меди с цинком; обозначают буквой Л и двузначным числом, показывающим среднее содержание меди (остальное-цинк). Например, латунь Л62 содержит 62% меди и 38% цинка. Для улучшения обрабатываемости в латунь вводят 1-2% свинца (С), а для повышения прочности - алюминий (А), никель (Н) и другие элементы. Например, латунь ЛЖМц59-1-1 содержит 59% меди, 1% железа (Ж), 1% марганца (М), остальное - цинк.

8

Глава I. Общие сведения о токарной обработке

    Алюминиевые сплавы - сплав алюминия с добавками для повышения прочности кремния, марганца, меди и других компонентов. Например, сплав марки АК.12 содержит 12% кремния, остальное - алюминий; сплав марки АК21М2,5Н2,5 - 21% кремния, 2,5% меди, 2,5% никеля, остальное алюминий. Сплав алюминия и кремния (12-13%) с добавкой железа (0,2 -0,7%), марганца (0,05-0,5%), кальция (0,07-0,2%), титана (0,05-0,2%), меди (0,03%) и цинка (0,08%) называют силумином.
    Пластмассы как конструкционные материалы обладают низкими теплостойкостью (70-150°С) и теплопроводностью, которая в 200-300 раз меньше теплопроводности стали и чугуна. В состав пластмасс входят соединения, обладающие абразивными свойствами, что вызывает интенсивное изнашивание резцов по задней поверхности и затупление режущих кромок.
    Твердость заготовок. Метод токарной обработки сопровождается преодолением различных свойств металла заготовок, из которых изготавливаются детали. Среди различных свойств металлов, таких как хрупкость, вязкость, твердость, упругость, пластичность и др. твердость при токарной обработке является определяющим фактором для выбора режима токарной обработки (выбор инструмента, толщины стружки, скорости резания и подачи и др.). В ряде случаев для улучшения обрабатываемости стальные заготовки подвергают термической обработке.
    Термическая обработка - один из важнейших логических процессов, используемый во всех отраслях машиностроения. Термической обработкой называют тепловую обработку металлов и сплавов, при которой происходит изменение их строения, а следовательно свойств, механических свойств, которые при этом изменяются в очень широких пределах.
    Процесс термической обработки состоит из трех переходов, следующих один за другим: нагрева до определенной температуры, выдержки при заданной температуре и охлаждения с различной скоростью от заданной температуры до комнатной температуры. Таким образом, процесс термической обработки зависит, прежде всего, от температуры и времени. Следовательно, любой процесс термической обработки можно изобразить в виде графика, на котором по оси ординат указывается температура, а по оси абсцисс - время (рис.1.4).


Рис. 1.4. График термической обработки

9

Токарная обработка. Фещенко В.Н., МахмутовР.Х.

     Регулируя температуру и время, можно осуществлять следующие виды термической обработки стали: отжиг, нормализацию, закалку и отпуск.
     Отжиг - процесс термической обработки, при котором металл сначала нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре, а затем медленно охлаждают, чаще всего вместе с печью. В результате отжига в стали образуются равновесные структурные составляющие
     Отжиг чаще всего является предварительной операцией термической обработки, осуществляемой с целью устранения дефектов предыдущих операций (литья, ковки и др.) либо подготовки структуры для последующей обработки резанием или закалки. Путем отжига можно изменить форму и размеры зерен структуры стали, уменьшить вредные внутренние напряжения, устранить неоднородность ее химического состава, а также наклеп и таким образом значительно улучшить свойства стали. В зависимости от того, с какой целью производится отжиг, устанавливают его режим: температура нагревания, время выдержки, скорость охлаждения.
     Для получения мелкозернистой структуры проводят полный отжиг. Отжигу подвергают изделия (чаще всего из конструкционной стали), перегретые при обработке давлением или при термической обработке, а также поковки, прокат, фасонное литье. Этот отжиг производится для снятия вредных внутренних напряжений. При измельчении зерна снижается твердость стали, повышаются ее вязкость и пластичность, снижаются внутренние напряжения, улучшается обрабатываемость. Изделия из такой стали более надежны при эксплуатации.
      Такой отжиг не требует высокой температуры. Изделия достаточно нагреть до температуры, при которой проявляются пластические свойства стали, т.е. до 500 - 600°С, выдержать при этой температуре некоторое время и затем медленно охладить вместе с печью.
      Для сокращения времени выдержки практически отжиг ведут при 650-680°С, т.е. при температурах ниже критических (727°С), следовательно, структурные превращения при таком отжиге не происходят. Этот вид отжига называют еще и низким отжигом или высоким отпуском. При низком отжиге вследствие снятия внутренних напряжений достигается некоторое снижение твердости изделия. Поэтому таким видом отжига иногда пользуются для уменьшения твердости изделий с целью улучшения их обрабатываемости на станках. Следует иметь в виду, что если сталь подвергается отжигу для получения мелкозернистой структуры или зернистого цементита, то для устранения внутренних напряжений специальный отжиг не требуется. В процессе проведения указанного отжига попутно снимутся и внутренние напряжения.
     Стальные заготовки и изделия тонкого сечения часто изготовляют путем штамповки, прокатки или волочения в холодном состоянии. При обработке стали давлением в холодном состоянии происходит ее наклеп - в стали заготовок образуются значительные внутренние напряжения, она становится весьма прочной и твердой и в то же время: хрупкой. Структура наклепанной стали представляет собой вытянутые в одном направлении зерна, кристаллическая решетка ее искажена. Для того чтобы исключить вредное состояние наклепа,

10