В 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 ружья или цилиндра двигателя . Расточка используется для достижения большей точности диаметра отверстия и может использоваться для вырезания конического отверстия. Расточка может рассматриваться как внутренний диаметр, аналогичный точению , при котором вырезаются внешние диаметры.
Существуют различные типы расточки. Расточная оправка может поддерживаться с двух сторон (что работает только в том случае, если существующее отверстие является сквозным), или она может поддерживаться с одного конца (что работает как для сквозных, так и для глухих отверстий ). Линейное растачивание (линейное растачивание, линейное растачивание) подразумевает первое. Обратное растачивание (обратное растачивание, обратное растачивание) — это процесс прохождения через существующее отверстие и последующего растачивания на «задней» 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, чем точение, с точки зрения сниженной жесткости крепления инструмента, повышенных требований к углу зазора (ограничивающих величину поддержки, которую можно оказать режущей кромке) и трудности проверки полученной поверхности (размер, форма, шероховатость поверхности ). Вот почему расточка рассматривается как область практики механической обработки сама по себе, отдельная от токарной обработки, со своими собственными советами, приемами, проблемами и объемом знаний, несмотря на то, что они в некотором роде идентичны.
Первый расточной станок был изобретен Джоном Уилкинсоном в 1775 году. [1]
Расточка и точение имеют абразивные аналоги во внутреннем и наружном круглом шлифовании . Каждый процесс выбирается на основе требований и значений параметров конкретного применения.
Процесс расточки может выполняться на различных станках , включая (1) станки общего назначения или универсальные станки, такие как токарные станки (токарные многоцелевые станки) или фрезерные станки (обрабатывающие центры), и (2) станки, предназначенные для растачивания в качестве основной функции, такие как координатно-расточные станки и расточные станки или расточные станки , которые включают вертикально-расточные станки (заготовка вращается вокруг вертикальной оси, в то время как расточная оправка/головка перемещается линейно; по сути, вертикальный токарный станок) и горизонтально-расточные станки (заготовка располагается на столе, в то время как расточная оправка вращается вокруг горизонтальной оси; по сути, специализированный горизонтально-фрезерный станок).
Размеры между деталью и резцом можно изменять по двум осям для резки как вертикально, так и горизонтально во внутреннюю поверхность. Режущий инструмент обычно одноточечный, изготовленный из быстрорежущей стали M2 и M3 или твердого сплава P10 и P01 . Коническое отверстие можно сделать, одновременно подавая режущую кромку как в радиальном, так и в осевом направлении.
Расточные станки бывают самых разных размеров и стилей. Операции расточки на небольших заготовках можно выполнять на токарном станке, в то время как более крупные заготовки обрабатываются 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). Потребляемая мощность может достигать 200 лошадиных сил (150 кВт). Охлаждение отверстий осуществляется через полый проход через расточную оправку, где охлаждающая жидкость может свободно течь. Диски из вольфрамового сплава герметизируются в оправке для противодействия вибрации и дребезгу во время расточки. Системы управления могут быть компьютерными, что обеспечивает автоматизацию и повышенную согласованность.
Поскольку расточка предназначена для уменьшения допусков продукта на уже существующие отверстия, применяются несколько конструктивных соображений. Во-первых, большие диаметры длины к отверстию не являются предпочтительными из-за отклонения режущего инструмента. Затем, сквозные отверстия предпочтительнее глухих отверстий (отверстий, которые не пересекают толщину заготовки). Предпочтительно избегать прерывистых внутренних рабочих поверхностей, где режущий инструмент и поверхность имеют прерывистый контакт. Борштанга — это выступающая часть станка, которая удерживает режущий инструмент(ы), и должна быть очень жесткой. [2]
Из-за вышеупомянутых факторов глубокое сверление и расточка глубоких отверстий являются изначально сложными областями практики, которые требуют специального инструмента и методов. Тем не менее, были разработаны технологии, которые производят глубокие отверстия с впечатляющей точностью. В большинстве случаев они включают несколько точек резания, диаметрально противоположных, чьи силы отклонения компенсируют друг друга. Они также обычно включают подачу смазочно-охлаждающей жидкости, нагнетаемой под давлением через инструмент, в отверстия вблизи режущих кромок. Сверление ружей и расточка пушек являются классическими примерами. Впервые разработанные для изготовления стволов огнестрельного оружия и артиллерии, эти методы обработки сегодня находят широкое применение в производстве во многих отраслях промышленности.
Различные фиксированные циклы для расточки доступны в системах ЧПУ . Это предварительно запрограммированные подпрограммы , которые перемещают инструмент через последовательные проходы резки, отвода, продвижения, повторной резки, повторного отвода, возврата в исходное положение и т. д. Они вызываются с помощью G-кодов, таких как G76, G85, G86, G87, G88, G89; а также другими менее распространенными кодами, специфичными для конкретных производителей систем управления или станков.
Расточка на токарном станке [3] — это операция резки, которая использует одноточечный режущий инструмент или расточную головку для создания конических или цилиндрических поверхностей путем увеличения существующего отверстия в заготовке. Для неконусных отверстий режущий инструмент движется параллельно оси вращения. Для конических отверстий режущий инструмент движется под углом к оси вращения. Геометрии от простых до чрезвычайно сложных в различных диаметрах могут быть получены с помощью расточки. Расточка является одной из самых основных токарных операций наряду с точением и сверлением.
Расточка на токарном станке обычно требует, чтобы заготовка удерживалась в патроне и вращалась. По мере вращения заготовки расточная оправка с прикрепленной к ее кончику вставкой подается в имеющееся отверстие. Когда режущий инструмент входит в зацепление с заготовкой, образуется стружка. В зависимости от типа используемого инструмента, материала и скорости подачи стружка может быть непрерывной или сегментированной. Полученная поверхность называется отверстием.
Геометрия, получаемая при расточке на токарном станке, обычно бывает двух типов: прямые отверстия и конические отверстия. При необходимости к каждому отверстию формы можно добавить несколько диаметров. Для получения конуса инструмент может подаваться под углом к оси вращения или подача и осевое движение могут быть одновременными. Прямые отверстия и цековки производятся путем перемещения инструмента параллельно оси вращения заготовки.
Четыре наиболее часто используемых зажимных устройства — это трехкулачковый патрон, четырехкулачковый патрон, цанга и планшайба . Трехкулачковый патрон используется для удержания круглых или шестигранных заготовок, поскольку заготовка автоматически центрируется. В этих патронах биение сталкивается с ограничениями; в последних моделях ЧПУ оно может быть довольно низким, если все условия превосходны, но традиционно оно обычно составляет не менее 0,001–0,003 дюйма (0,025–0,075 мм). Четырехкулачковый патрон используется либо для удержания нестандартных форм, либо для удержания круглых или шестигранных деталей с чрезвычайно низким биением (с затратой времени на индикацию и зажим каждой детали), в обоих случаях из-за его независимого действия на каждом кулачке. Планшайба также используется для нестандартных форм. Цанги сочетают самоцентрирующийся патрон с низким биением, но они требуют более высоких затрат.
Для большинства токарных расточных применений допуски более ±0,010 дюйма (±0,25 мм) выдерживаются легко. Допуски от этого значения до ±0,005 дюйма (±0,13 мм) обычно выдерживаются без особых трудностей или затрат, даже в глубоких отверстиях. Допуски между ±0,004 дюйма (±0,10 мм) и ±0,001 дюйма (±0,025 мм) — вот где начинаются проблемы. В глубоких отверстиях с такими жесткими допусками ограничивающим фактором часто является как геометрическое ограничение, так и ограничение размера. Другими словами, может быть легко удерживать диаметр в пределах .002" в любой диаметральной точке измерения, но трудно удерживать цилиндричность отверстия в пределах зоны, ограниченной ограничением .002", на глубине отверстия более 5 диаметров (глубина измеряется в терминах соотношения диаметра к глубине ). Для приложений с высочайшей точностью допуски обычно могут поддерживаться в пределах ±0,0005 дюйма (±0,013 мм) только для неглубоких отверстий. В некоторых случаях допуски, такие узкие, как ±0,0001 дюйма (±0,0038 мм), могут поддерживаться в неглубоких отверстиях, но это дорого, поскольку 100%-ный контроль и потеря несоответствующих деталей увеличивают стоимость. Шлифовка, хонингование и притирка являются средством, когда достигнуты пределы повторяемости и точности расточки.
Чистота поверхности ( шероховатость ) при расточке может составлять от 8 до 250 микродюймов, типичный диапазон составляет от 32 до 125 микродюймов.
Иногда деталь может потребовать более высокой точности формы и размера, чем та, которую может обеспечить расточка. Например, даже при оптимизированной расточке величина, на которую диаметр изменяется на разных участках отверстия, редко бывает меньше 3 микрометров (.0001 дюйма, «одна десятая»), и она может легко составлять от 5 до 20 микрометров (.0002-.0008 дюйма, «от 2 до 8 десятых»). Конусность, ошибка круглости и ошибка цилиндричности такого отверстия, хотя они считались бы незначительными в большинстве других деталей, могут быть неприемлемыми для некоторых применений. Для таких деталей внутренняя цилиндрическая шлифовка является типичной последующей операцией. Часто деталь будет подвергаться черновой и получистовой обработке в операции обработки, затем термообработке и, наконец, финишной обработке внутренней цилиндрической шлифовкой.
Ограничения расточки с точки зрения ее геометрической точности (формы, положения) и твердости заготовки сокращаются в последние десятилетия по мере того, как технология обработки продолжает совершенствоваться. Например, новые марки твердосплавных и керамических режущих пластин повысили точность и качество поверхности, которые могут быть достигнуты без шлифования, и увеличили диапазон значений твердости заготовки, которые могут быть обработаны. Однако работа с допусками всего в несколько микрометров (несколько десятых) заставляет производственный процесс рационально противостоять и компенсировать тот факт, что ни одна фактическая заготовка не является идеально жесткой и неподвижной. Каждый раз, когда выполняется рез (независимо от того, насколько он мал) или происходит изменение температуры на несколько сотен градусов (независимо от того, насколько оно временное), заготовка или ее часть, вероятно, приобретут новую форму, даже если движение будет чрезвычайно малым. В некоторых случаях движение на долю микрометра в одной области усиливается рычажным образом, создавая позиционную погрешность в несколько микрометров для элемента заготовки, находящегося на расстоянии в несколько дециметров . Именно такие факторы иногда исключают возможность отделки расточкой и точением , а не внутренним и внешним цилиндрическим шлифованием. В крайнем случае, никакое совершенство обработки или шлифования может быть недостаточным, когда, несмотря на то, что деталь была в пределах допуска при ее изготовлении, она деформируется за пределы допуска в последующие дни или месяцы. Когда инженеры сталкиваются с таким случаем, это побуждает их искать другие материалы для заготовки или альтернативные конструкции, которые не полагаются так сильно на неподвижность деталей в микро- или наномасштабах.