Качество поверхности деталей при обработке на токарном станке с ЧПУ
В области токарной обработки на станках с ЧПУ качество поверхности является одним из ключевых показателей качества обрабатываемых деталей. Оно влияет не только на внешний вид изделия, но и на его функциональность, износостойкость, коррозионную стойкость и точность сборки. В таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, производство прецизионных приборов и медицинского оборудования, где требуется исключительно высокая точность обработки, улучшение качества поверхности при токарной обработке с ЧПУ стало ключевой задачей. В этой статье рассматриваются проверенные стратегии и методы, которые могут применяться станочниками и инженерами для повышения качества поверхности и однородности токарных деталей.
Что такое чистота поверхности при токарной обработке с ЧПУ?
Чистота поверхности определяется текстурой и гладкостью поверхности детали после механической обработки. Обычно она измеряется в единицах Ra (средней шероховатости), которые выражаются в микрометрах (мкм). Более низкие значения Ra указывают на более гладкую поверхность.
Оптимизация материалов режущего инструмента.
Характеристики режущих материалов играют решающую роль в качестве поверхности. Твердосплавные режущие инструменты стали распространённым выбором для токарной обработки с ЧПУ благодаря высокой твёрдости и хорошей износостойкости. При обработке таких материалов, как нержавеющая сталь и алюминиевые сплавы, твёрдый сплав типа YT подходит для получистовой и чистовой обработки, обеспечивая высокое качество поверхности. Твёрдый сплав типа YG может улучшить свои антиадгезионные свойства при точении нержавеющей стали после добавления мелкозернистых частиц TaC или NbC.Режущие инструменты с покрытием — мощный инструмент для улучшения качества поверхности. Покрытие TiAlSi позволяет значительно повысить твёрдость поверхности лезвия, эффективно предотвратить адгезионный износ, значительно продлить срок службы инструмента при непрерывной резке и снизить влияние износа на качество поверхности. Для материалов с высокой твёрдостью режущие инструменты из кубического нитрида бора (CBN) сохраняют высокую производительность резания при высоких температурах, предотвращая пластическую деформацию режущего инструмента и, таким образом, обеспечивая высокое качество обработанной поверхности.
Что такое чистота поверхности при токарной обработке с ЧПУ?
Чистота поверхности определяется текстурой и гладкостью поверхности детали после механической обработки. Обычно она измеряется в единицах Ra (средней шероховатости), которые выражаются в микрометрах (мкм). Более низкие значения Ra указывают на более гладкую поверхность.
Оптимизация материалов режущего инструмента.
Характеристики режущих материалов играют решающую роль в качестве поверхности. Твердосплавные режущие инструменты стали распространённым выбором для токарной обработки с ЧПУ благодаря высокой твёрдости и хорошей износостойкости. При обработке таких материалов, как нержавеющая сталь и алюминиевые сплавы, твёрдый сплав типа YT подходит для получистовой и чистовой обработки, обеспечивая высокое качество поверхности. Твёрдый сплав типа YG может улучшить свои антиадгезионные свойства при точении нержавеющей стали после добавления мелкозернистых частиц TaC или NbC.Режущие инструменты с покрытием — мощный инструмент для улучшения качества поверхности. Покрытие TiAlSi позволяет значительно повысить твёрдость поверхности лезвия, эффективно предотвратить адгезионный износ, значительно продлить срок службы инструмента при непрерывной резке и снизить влияние износа на качество поверхности. Для материалов с высокой твёрдостью режущие инструменты из кубического нитрида бора (CBN) сохраняют высокую производительность резания при высоких температурах, предотвращая пластическую деформацию режущего инструмента и, таким образом, обеспечивая высокое качество обработанной поверхности.
Тонкая настройка геометрических параметров инструмента
Увеличение переднего угла может уменьшить деформацию стружки и усилие резания, а также снизить степень наклёпа. Как правило, более целесообразно выбирать угол от 20° до 30°, но для предотвращения сколов необходимо учитывать прочность инструмента. Правильное увеличение заднего угла до 8°–10° позволяет снизить трение между задней поверхностью инструмента и обрабатываемой поверхностью заготовки и предотвратить появление царапин, вызванных трением и влияющих на качество поверхности.Главный передний угол выбирается в диапазоне 45–75° в зависимости от формы заготовки, а радиальное усилие резания контролируется разумно для предотвращения деформации заготовки; вторичный передний угол составляет 8–15° для снижения трения между вторичной режущей кромкой и обрабатываемой поверхностью. Угол наклона лезвия выбирается положительным при чистовой обработке, что способствует отводу стружки и предотвращает царапание ею обработанной поверхности; радиус дуги режущей кромки инструмента целесообразно увеличивается до 0,5–1 мм, что позволяет эффективно улучшить шероховатость поверхности. Кроме того, рациональная конструкция канавки стружколома (ролика), например, полная или прямая дуга, контролирует форму стружки и предотвращает её наматывание и ухудшение процесса обработки.
Правильное использование и обслуживание инструментов. Убедитесь, что инструмент надёжно установлен и точно выровнен, работайте строго в соответствии с инструкциями по эксплуатации станка, обеспечьте точность установки инструмента и избегайте вибрации и ошибок обработки, вызванных неправильной установкой инструмента. В процессе обработки регулярно проверяйте износ инструмента. При износе задней поверхности инструмента 0,2–0,3 мм своевременно замените или заточите инструмент, чтобы предотвратить чрезмерное воздействие износа на качество поверхности.
Точная оптимизация параметров резки. Разумный контроль скорости резания. Скорость резания оказывает существенное влияние на качество поверхности. Чрезмерная скорость резания приводит к резкому повышению температуры резания, ускоренному износу инструмента, образованию нароста на режущей кромке и, следовательно, к снижению качества поверхности; слишком низкая скорость резания может привести к наклепу, что также влияет на качество поверхности. Различным материалам инструмента соответствуют различные диапазоны разумных скоростей резания. В условиях реальной обработки оптимальная скорость резания должна определяться комплексно, с учетом таких факторов, как характеристики материала заготовки, тип инструмента и производительность станка.
Научное определение скорости подачи. Скорость подачи напрямую влияет на следы резания и шероховатость поверхности. Во время чистовой обработки скорость подачи поддерживается в диапазоне 0,06–0,12 мм/оборот шпинделя, что позволяет эффективно уменьшить следы резания и шероховатость поверхности. При этом скорость подачи следует корректировать в зависимости от условий стружкодробления. Если стружка трудно поддается, скорость подачи можно увеличить, но при этом необходимо следить за тем, чтобы она не превышала несущую способность инструмента, чтобы предотвратить вибрацию и поломку инструмента, вызванные чрезмерной подачей, что негативно скажется на качестве поверхности.
Точный контроль глубины реза. Глубина резания при чистовой обработке должна быть небольшой, как правило, менее 0,5 (радиуса), чтобы избежать нестабильности силы резания из-за чрезмерной глубины резания, вызывающей вибрацию и деформацию заготовки, что негативно сказывается на качестве поверхности. На черновой обработке глубина резания может быть увеличена в зависимости от припуска на заготовку и производительности станка и инструмента, но необходимо обеспечить достаточный припуск для последующей чистовой обработки для оптимизации качества поверхности.Оптимизация системы охлаждения и смазки.
Правильный выбор охлаждающей и смазочной жидкости. СОЖ играет важную роль в улучшении качества поверхности. Для черновой обработки можно использовать только эмульсию или с добавкой противозадирных присадок. Высокая охлаждающая способность эмульсии позволяет эффективно снизить температуру резания. Противозадирные присадки, добавленные в эмульсию с противозадирными присадками, образуют прочную смазывающую пленку при высоких температурах и давлении, снижая износ инструмента. Для чистовой обработки идеальным выбором является сульфидированное масло, которое образует смазывающую пленку на поверхности заготовки и эффективно снижает шероховатость поверхности. Для обработки с очень высокими требованиями к качеству поверхности можно использовать смесь четыреххлористого углерода и моторного масла, но следует принять меры защиты.
Эффективное использование охлаждающей и смазочной жидкости.Убедитесь, что СОЖ имеет достаточный расход и давление для полного покрытия зоны резания, отвода тепла и своевременного удаления стружки, обеспечивая эффективное охлаждение и смазывание. Разумно регулируйте направление распыления СОЖ, чтобы она попадала на режущую кромку инструмента и в зону стружкообразования для улучшения охлаждающего и смазывающего эффекта. Регулярно меняйте СОЖ, чтобы предотвратить ухудшение характеристик из-за смешивания со стружкой и загрязнениями, влияющими на качество поверхности.
Правильное использование и обслуживание инструментов. Убедитесь, что инструмент надёжно установлен и точно выровнен, работайте строго в соответствии с инструкциями по эксплуатации станка, обеспечьте точность установки инструмента и избегайте вибрации и ошибок обработки, вызванных неправильной установкой инструмента. В процессе обработки регулярно проверяйте износ инструмента. При износе задней поверхности инструмента 0,2–0,3 мм своевременно замените или заточите инструмент, чтобы предотвратить чрезмерное воздействие износа на качество поверхности.
Точная оптимизация параметров резки. Разумный контроль скорости резания. Скорость резания оказывает существенное влияние на качество поверхности. Чрезмерная скорость резания приводит к резкому повышению температуры резания, ускоренному износу инструмента, образованию нароста на режущей кромке и, следовательно, к снижению качества поверхности; слишком низкая скорость резания может привести к наклепу, что также влияет на качество поверхности. Различным материалам инструмента соответствуют различные диапазоны разумных скоростей резания. В условиях реальной обработки оптимальная скорость резания должна определяться комплексно, с учетом таких факторов, как характеристики материала заготовки, тип инструмента и производительность станка.
Научное определение скорости подачи. Скорость подачи напрямую влияет на следы резания и шероховатость поверхности. Во время чистовой обработки скорость подачи поддерживается в диапазоне 0,06–0,12 мм/оборот шпинделя, что позволяет эффективно уменьшить следы резания и шероховатость поверхности. При этом скорость подачи следует корректировать в зависимости от условий стружкодробления. Если стружка трудно поддается, скорость подачи можно увеличить, но при этом необходимо следить за тем, чтобы она не превышала несущую способность инструмента, чтобы предотвратить вибрацию и поломку инструмента, вызванные чрезмерной подачей, что негативно скажется на качестве поверхности.
Точный контроль глубины реза. Глубина резания при чистовой обработке должна быть небольшой, как правило, менее 0,5 (радиуса), чтобы избежать нестабильности силы резания из-за чрезмерной глубины резания, вызывающей вибрацию и деформацию заготовки, что негативно сказывается на качестве поверхности. На черновой обработке глубина резания может быть увеличена в зависимости от припуска на заготовку и производительности станка и инструмента, но необходимо обеспечить достаточный припуск для последующей чистовой обработки для оптимизации качества поверхности.Оптимизация системы охлаждения и смазки.
Правильный выбор охлаждающей и смазочной жидкости. СОЖ играет важную роль в улучшении качества поверхности. Для черновой обработки можно использовать только эмульсию или с добавкой противозадирных присадок. Высокая охлаждающая способность эмульсии позволяет эффективно снизить температуру резания. Противозадирные присадки, добавленные в эмульсию с противозадирными присадками, образуют прочную смазывающую пленку при высоких температурах и давлении, снижая износ инструмента. Для чистовой обработки идеальным выбором является сульфидированное масло, которое образует смазывающую пленку на поверхности заготовки и эффективно снижает шероховатость поверхности. Для обработки с очень высокими требованиями к качеству поверхности можно использовать смесь четыреххлористого углерода и моторного масла, но следует принять меры защиты.
Эффективное использование охлаждающей и смазочной жидкости.Убедитесь, что СОЖ имеет достаточный расход и давление для полного покрытия зоны резания, отвода тепла и своевременного удаления стружки, обеспечивая эффективное охлаждение и смазывание. Разумно регулируйте направление распыления СОЖ, чтобы она попадала на режущую кромку инструмента и в зону стружкообразования для улучшения охлаждающего и смазывающего эффекта. Регулярно меняйте СОЖ, чтобы предотвратить ухудшение характеристик из-за смешивания со стружкой и загрязнениями, влияющими на качество поверхности.
Оптимизация оборудования и процессов
Гарантия и оптимизация производительности станка.Выбирайте токарные станки с ЧПУ с высокой жёсткостью и точностью, чтобы обеспечить стабильность работы станка во время обработки. Регулярно проводите техническое обслуживание станка, проверяйте состояние системы трансмиссии, системы смазки, системы охлаждения и других компонентов, а также своевременно регулируйте и заменяйте изношенные детали. Например, регулярно меняйте смазочное масло станка, очищайте фильтр системы охлаждения, обеспечивайте нормальную работу всех систем станка и обеспечивайте стабильную рабочую платформу для улучшения качества поверхности. Кроме того, благодаря точной калибровке и отладке станка можно устранить погрешность самого станка и повысить точность обработки.
Оптимизация зажима и позиционирования заготовки.Обоснованно выбирайте способ зажима и позиционирования, чтобы обеспечить надёжное и прочное крепление заготовки во время токарной обработки, предотвращая её ослабление или смещение. Для заготовок с тонкими валами используйте центральную или толкающую раму в качестве вспомогательной опоры, чтобы уменьшить деформацию заготовки под действием силы резания; используйте мягкие зажимные кулачки, чтобы избежать защемления поверхности заготовки. Во время зажима строго контролируйте усилие зажима, чтобы предотвратить деформацию заготовки из-за чрезмерного усилия зажима и ухудшение качества поверхности.
Рациональное планирование последовательности резания и траектории инструмента. Рационально планируйте последовательность резания и траекторию движения инструмента, сокращайте холостой ход инструмента и частоту реверса, повышайте эффективность и стабильность обработки. При многопроцессной обработке выбирайте правильную последовательность резания в зависимости от формы и размера заготовки. Например, при точении валов со ступенчатым расположением деталей сначала обрабатывайте деталь большего диаметра, а затем – меньшего, чтобы избежать ошибок обработки, вызванных неправильной последовательностью обработки. Оптимизируйте траекторию движения инструмента и применяйте рациональные стратегии резания, например, попутное фрезерование, чтобы снизить колебания силы резания и улучшить качество поверхности.
Рациональное применение процесса термической обработки Для некоторых материалов правильная термическая обработка перед обработкой может улучшить их эксплуатационные характеристики и, следовательно, качество поверхности. Например, мартенситная нержавеющая сталь после поставки на завод проходит отпуск для достижения необходимого диапазона твёрдости (например, HRC25–HRC30). Это может улучшить обрабатываемость материала точением, облегчить получение поверхности хорошего качества и снизить износ инструмента.
Заключение
Достижение превосходного качества поверхности при токарной обработке на станке с ЧПУ — это не результат единичного изменения, а комплексная оптимизация параметров обработки, инструмента, состояния станка и характеристик заготовки. От выбора инструмента и скорости до СОЖ и жёсткости установки — каждая деталь влияет на гладкость и функциональность конечной поверхности. Проактивно учитывая каждый фактор и применяя структурированный подход, операторы станков могут стабильно изготавливать токарные детали, которые соответствуют требованиям к качеству отделки или превосходят его, что позволяет экономить время, сокращать объемы доработок и повышать удовлетворенность клиентов.
Оптимизация зажима и позиционирования заготовки.Обоснованно выбирайте способ зажима и позиционирования, чтобы обеспечить надёжное и прочное крепление заготовки во время токарной обработки, предотвращая её ослабление или смещение. Для заготовок с тонкими валами используйте центральную или толкающую раму в качестве вспомогательной опоры, чтобы уменьшить деформацию заготовки под действием силы резания; используйте мягкие зажимные кулачки, чтобы избежать защемления поверхности заготовки. Во время зажима строго контролируйте усилие зажима, чтобы предотвратить деформацию заготовки из-за чрезмерного усилия зажима и ухудшение качества поверхности.
Рациональное планирование последовательности резания и траектории инструмента. Рационально планируйте последовательность резания и траекторию движения инструмента, сокращайте холостой ход инструмента и частоту реверса, повышайте эффективность и стабильность обработки. При многопроцессной обработке выбирайте правильную последовательность резания в зависимости от формы и размера заготовки. Например, при точении валов со ступенчатым расположением деталей сначала обрабатывайте деталь большего диаметра, а затем – меньшего, чтобы избежать ошибок обработки, вызванных неправильной последовательностью обработки. Оптимизируйте траекторию движения инструмента и применяйте рациональные стратегии резания, например, попутное фрезерование, чтобы снизить колебания силы резания и улучшить качество поверхности.
Рациональное применение процесса термической обработки Для некоторых материалов правильная термическая обработка перед обработкой может улучшить их эксплуатационные характеристики и, следовательно, качество поверхности. Например, мартенситная нержавеющая сталь после поставки на завод проходит отпуск для достижения необходимого диапазона твёрдости (например, HRC25–HRC30). Это может улучшить обрабатываемость материала точением, облегчить получение поверхности хорошего качества и снизить износ инструмента.
Заключение
Достижение превосходного качества поверхности при токарной обработке на станке с ЧПУ — это не результат единичного изменения, а комплексная оптимизация параметров обработки, инструмента, состояния станка и характеристик заготовки. От выбора инструмента и скорости до СОЖ и жёсткости установки — каждая деталь влияет на гладкость и функциональность конечной поверхности. Проактивно учитывая каждый фактор и применяя структурированный подход, операторы станков могут стабильно изготавливать токарные детали, которые соответствуют требованиям к качеству отделки или превосходят его, что позволяет экономить время, сокращать объемы доработок и повышать удовлетворенность клиентов.
