В механической обработке расточка — это процесс увеличения отверстия, которое уже было просверлено (или отлито ) с помощью одноточечного режущего инструмента (или расточной головки, содержащей несколько таких инструментов), например, при расточке ствола оружия или цилиндр двигателя . Растачивание используется для достижения большей точности диаметра отверстия и может использоваться для вырезания конического отверстия. Растачивание можно рассматривать как аналог токарной обработки внутреннего диаметра , при которой вырезаются внешние диаметры.
Существуют различные виды скуки. Расточная оправка может поддерживаться с обоих концов (это работает только в том случае, если существующее отверстие является сквозным) или может поддерживаться с одного конца (что работает как для сквозных, так и для глухих отверстий ). Lineboring (линейное растачивание, line-boring) подразумевает первое. Растачивание (обратное растачивание, растачивание) — это процесс прохождения через существующее отверстие и последующего растачивания на «обратной» стороне заготовки (относительно передней бабки станка).
Из-за ограничений на конструкцию инструмента, налагаемых тем фактом, что заготовка в основном окружает инструмент, расточка по своей сути является несколько более сложной задачей, чем токарная обработка, с точки зрения снижения жесткости держателя инструмента, увеличения требований к заднему углу (ограничения количества поддержки, которую можно оказать режущей кромки) и сложность контроля полученной поверхности (размер, форма, шероховатость поверхности ). По этим причинам растачивание рассматривается как отдельная область обработки, отдельная от токарной обработки, со своими советами, приемами, проблемами и опытом, несмотря на то, что они в некотором смысле идентичны.
Первый расточный станок был изобретен Джоном Уилкинсоном в 1775 году. [1]
Растачивание и точение имеют абразивные аналоги при внутреннем и наружном круглом шлифовании . Каждый процесс выбирается на основе требований и значений параметров конкретного приложения.
Процесс растачивания может выполняться на различных станках , включая (1) станки общего назначения или универсальные станки, такие как токарные станки (токарные центры) или фрезерные станки (обрабатывающие центры), и (2) станки, предназначенные для расточки, как основная функция, такая как координатно-расточные станки и расточные станки или расточные станки , которые включают вертикальные расточные фрезы (заготовка вращается вокруг вертикальной оси, в то время как расточная оправка/головка движется линейно; по сути, вертикальный токарный станок) и горизонтальные расточные станки (заготовка сидит на столе). при этом расточная оправка вращается вокруг горизонтальной оси (по сути специализированный горизонтально-фрезерный станок).
Размеры между деталью и насадкой инструмента можно изменить по двум осям, чтобы резать внутреннюю поверхность как по вертикали, так и по горизонтали. Режущий инструмент обычно одноточечный, изготовлен из быстрорежущей стали М2 и М3 или твердого сплава Р10 и Р01 . Коническое отверстие можно сделать путем одновременной подачи режущей кромки как в радиальном, так и в осевом направлениях.
Сверлильные станки бывают самых разных размеров и стилей. Расточные операции на небольших заготовках можно выполнять на токарном станке, а более крупные - на расточных станках. Заготовки обычно имеют диаметр от 1 до 4 метров (от 3 футов 3 дюймов до 13 футов 1 дюйм), но могут достигать 20 м (66 футов). Требуемая мощность может достигать 200 лошадиных сил (150 кВт). Охлаждение отверстий осуществляется через полый канал в расточной оправке, куда свободно течет охлаждающая жидкость. Диски из вольфрамового сплава герметично закреплены в оправке для предотвращения вибрации и вибрации во время растачивания. Системы управления могут быть компьютерными, что обеспечивает автоматизацию и повышенную согласованность.
Поскольку растачивание предназначено для уменьшения допусков изделия на уже существующие отверстия, необходимо учитывать несколько конструктивных соображений. Во-первых, большие диаметры длины и диаметра отверстия не являются предпочтительными из-за отклонения режущего инструмента. Кроме того, сквозные отверстия предпочтительнее глухих (отверстий, которые не пересекают толщину заготовки). Прерывистых внутренних рабочих поверхностей, где режущий инструмент и поверхность имеют прерывистый контакт, предпочтительно избегать. Расточная оправка — это выступающий рычаг станка, который удерживает режущий инструмент(ы), и он должен быть очень жестким. [2]
Из-за только что упомянутых факторов глубокое сверление и растачивание глубоких отверстий по своей сути являются сложными областями практики, требующими специального инструмента и методов. Тем не менее, разработаны технологии, позволяющие производить глубокие отверстия с впечатляющей точностью. В большинстве случаев они включают в себя несколько диаметрально противоположных точек резания, силы отклонения которых нейтрализуют друг друга. Они также обычно включают подачу смазочно-охлаждающей жидкости , прокачиваемой под давлением через инструмент, к отверстиям вблизи режущих кромок. Орудийное сверление и растачивание пушек являются классическими примерами. Впервые разработанные для изготовления стволов огнестрельного оружия и артиллерии, эти методы обработки сегодня находят широкое применение во многих отраслях промышленности.
В системах ЧПУ доступны различные фиксированные циклы растачивания . Это заранее запрограммированные подпрограммы , которые перемещают инструмент через последовательные проходы резания, отвода, продвижения, повторного резания, повторного отвода, возврата в исходное положение и так далее. Они вызываются с помощью G-кодов , таких как G76, G85, G86, G87, G88, G89; а также другими, менее распространенными нормами, специфичными для конкретных производителей систем управления или станков.
Токарное растачивание [3] — это операция резания, в которой используется одноточечный режущий инструмент или расточная головка для создания конических или цилиндрических поверхностей путем увеличения существующего отверстия в заготовке. Для неконических отверстий режущий инструмент движется параллельно оси вращения. Для конических отверстий режущий инструмент движется под углом к оси вращения. С помощью растачивания можно изготавливать геометрии от простых до чрезвычайно сложных, различных диаметров. Растачивание является одной из основных операций токарных станков наряду с точением и сверлением.
Растачивание на токарном станке обычно требует, чтобы заготовка удерживалась в патроне и вращалась. При вращении заготовки в существующее отверстие подается расточная оправка со вставкой, прикрепленной к кончику оправки. Когда режущий инструмент входит в зацепление с заготовкой, образуется стружка. В зависимости от типа используемого инструмента, материала и скорости подачи стружка может быть сплошной или сегментированной. Образовавшаяся поверхность называется отверстием.
Геометрия, полученная при расточке на токарном станке, обычно бывает двух типов: прямые отверстия и конические отверстия. При необходимости к каждому фасонному отверстию также можно добавить несколько диаметров. Для получения конусности инструмент можно подавать под углом к оси вращения или подача и осевые движения могут быть одновременными. Прямые отверстия и цековки получаются перемещением инструмента параллельно оси вращения заготовки.
Четырьмя наиболее часто используемыми зажимными приспособлениями являются трехкулачковый патрон, четырехкулачковый патрон, цанга и планшайба . Трехкулачковый патрон используется для удержания круглых или шестигранных заготовок, поскольку заготовка автоматически центрируется. В этих патронах биение имеет ограничения; на станках с ЧПУ последних моделей оно может быть довольно низким, если все условия отличные, но традиционно оно обычно составляет не менее 0,001–0,003 дюйма (0,025–0,075 мм). Четырехкулачковый патрон используется либо для удержания неправильных форм, либо для удержания круглых или шестигранных патронов с чрезвычайно низким биением (с затрачиваемым временем на установку и зажим каждой детали), в обоих случаях из-за его независимого воздействия на каждый кулачок. Лицевая панель также используется для нестандартных форм. Цанги сочетают в себе самоцентрирующийся патрон с низким биением, но они требуют более высоких затрат.
Для большинства операций расточки на токарных станках легко выдерживать допуски более ±0,010 дюйма (±0,25 мм). Допуски до ±0,005 дюйма (±0,13 мм) обычно выдерживаются без особых трудностей и затрат даже в глубоких отверстиях. Допуски между ±0,004 дюйма (±0,10 мм) и ±0,001 дюйма (±0,025 мм) — это то место, где проблема начинает возрастать. В глубоких отверстиях с такими жесткими допусками ограничивающим фактором часто являются как геометрические ограничения, так и ограничения по размеру. Другими словами, может быть легко удерживать диаметр в пределах 0,002 дюйма в любой диаметральной точке измерения, но трудно поддерживать цилиндричность отверстия в пределах зоны, ограниченной ограничением 0,002 дюйма, для более чем 5 диаметров отверстия. глубина (глубина измеряется в соотношении диаметр:глубина ) . Для применений с высочайшей точностью допуски обычно можно поддерживать в пределах ±0,0005 дюйма (±0,013 мм) только для неглубоких отверстий. В некоторых случаях в неглубоких отверстиях можно соблюдать допуски до ±0,0001 дюйма (±0,0038 мм), но это дорого, поскольку 100% проверка и потеря несоответствующих деталей увеличивают стоимость. Шлифование, хонингование и притирка применяются в тех случаях, когда достигнуты пределы повторяемости и точности сверления.
Чистота поверхности ( шероховатость ) при растачивании может варьироваться от 8 до 250 микродюймов, а типичный диапазон составляет от 32 до 125 микродюймов.
Иногда деталь может потребовать более высокой точности формы и размеров, чем можно обеспечить расточкой. Например, даже при оптимизированном растачивании величина изменения диаметра на разных участках отверстия редко составляет менее 3 микрометров (0,0001 дюйма, «десятая часть»), а легко может составлять от 5 до 20 микрометров (0,0002-). 0,0008 дюйма, «от 2 до 8 десятых»). Конусность, ошибка круглости и ошибка цилиндричности такого отверстия, хотя в большинстве других деталей они считаются незначительными, могут быть неприемлемы для некоторых применений. Для таких деталей типичной последующей операцией является внутреннее круглое шлифование . Часто в процессе механической обработки деталь подвергается черновой и полуобработанной обработке, затем подвергается термообработке и, наконец, завершается внутренним цилиндрическим шлифованием.
Ограничения растачивания с точки зрения геометрической точности (формы, положения) и твердости заготовки в последние десятилетия сокращаются по мере развития технологий обработки. Например, новые марки твердосплавных и керамических режущих пластин повысили точность и качество поверхности, которых можно достичь без шлифования, а также расширили диапазон значений твердости обрабатываемых деталей. Однако работа с допусками всего в несколько микрометров (несколько десятых) заставляет производственный процесс рационально учитывать и компенсировать тот факт, что ни одна реальная заготовка не является идеально жесткой и неподвижной. Каждый раз, когда делается разрез (независимо от того, насколько он мал) или происходит изменение температуры на несколько сотен градусов (неважно, насколько это временно), заготовка или ее часть, скорее всего, примет новую форму, даже если движение очень маленькое. В некоторых случаях перемещение на долю микрометра в одной области усиливается рычажным способом, создавая ошибку позиционирования в несколько микрометров для элемента заготовки, находящегося на расстоянии нескольких дециметров . Именно такие факторы иногда препятствуют чистовой обработке расточкой и точением в отличие от внутреннего и наружного круглого шлифования. В крайнем случае, никакого совершенства механической обработки или шлифования может быть недостаточно, когда, несмотря на то, что деталь при изготовлении находилась в пределах допуска, в последующие дни или месяцы она выходит за пределы допуска. Когда инженеры сталкиваются с такой ситуацией, это побуждает их искать другие материалы деталей или альтернативные конструкции, которые не будут так сильно полагаться на неподвижность элементов детали на микро- или наномасштабах.