Канавки и отрезка на токарном станке с ЧПУ: пластины, подача, пипка, время отрезки

Какие бывают канавки и чем их делают

Канавку и отрезку делают одним семейством инструмента: узкая пластина на лезвии или державке режет главной кромкой, врезаясь по X (наружные и внутренние канавки, отрезка) или по Z (торцевые). У Sandvik Coromant это системы CoroCut, у других производителей — свои линейки; принципы подбора общие.

Для внутренних канавок Sandvik Coromant прямо рекомендует инструмент с внутренним подводом СОЖ даже при низком давлении насоса станка: охлаждающая жидкость выносит стружку и снижает риск её застревания в канавке. При вибрациях лучше сделать несколько проходов более узкой пластиной, чем одним широким.

Для торцевых канавок берут державку на самый большой диаметр, который подходит к канавке: она меньше изогнута, а значит жёстче. Давление СОЖ — как можно выше, по Sandvik до 80 бар, но и при 7–10 бар точная подача заметно помогает. Канавки глубже 25 мм точат в два приёма, по половине глубины.

Широкие канавки и чистовой проход

Если канавка шире пластины, есть три способа: несколько врезаний, врезание с продольным точением и врезание под углом (ramping). Рекомендации Sandvik Coromant по наружным канавкам:

• при нескольких врезаниях перемычки между ними оставляют уже, чем ширина пластины минус два радиуса при вершине, и срезают их с подачей на 30–50 % выше;
• при продольном точении из канавки глубина резания должна быть больше радиуса при вершине, но не больше 75 % ширины пластины; в упор подачей не идти;
• врезание под углом даёт лучший контроль стружки и меньшую радиальную силу;
• чистовой проход — с глубиной 0,5–1,0 мм по оси и по радиусу; для высокой чистоты берут шлифованные пластины или геометрию с зачистной кромкой (wiper).

Канавка по чертежу

На чертеже канавки обычно заданы ширина с допуском, диаметр дна, радиусы в углах и фаски на кромках. Ширину с жёстким допуском одним врезанием пластины «в размер» выдержать трудно: пластина изнашивается, а упругий отжим меняет размер. Надёжнее врезаться пластиной уже номинала и довести стенки чистовым проходом с коррекцией. Радиусы в углах дна не могут быть меньше радиуса при вершине пластины — проверьте это до выбора инструмента.

Канавки под стопорные кольца на валах и в отверстиях задают по действующим ГОСТ 13942-86 (наружные кольца, валы от 4 до 200 мм) и ГОСТ 13943-86 (внутренние, отверстия от 8 до 320 мм). Диаметр дна, ширину канавки с допуском и минимальное расстояние от канавки до торца берут из таблиц стандарта для конкретного диаметра — не по памяти и не из каталога колец другой системы. Чем жёстче допуск ширины, тем вероятнее схема «узкая пластина плюс чистовой проход по стенкам».

Отрезка: вылет, место реза, высота центра

Главные правила отрезки из рекомендаций Sandvik Coromant:

• Место реза — ближе к патрону. Прогиб уменьшается пропорционально кубу вылета, поэтому даже небольшое сокращение вылета заметно.
• Вылет лезвия. Пока вылет меньше 1,5 высоты лезвия, подачу берут по рекомендации для геометрии; больше — по нижней границе.
• Высота центра ±0,1 мм. При длинном вылете допускают отклонение до +0,1 мм выше оси, чтобы компенсировать прогиб лезвия. ISCAR в таблице износа тоже называет неверную высоту центра причиной износа по задней поверхности и сколов кромки.
• Ширина пластины — по диаметру. Узкая пластина экономит металл и снижает силы, но хуже выдерживает нагрузку.

Для больших диаметров пластины шире: у CoroCut QD ширина от 1 до 8 мм, отрезка до Ø160 мм. На станках с осью Y есть вариант лезвия, развёрнутого на 90°: по Sandvik, при вылете 60 мм его жёсткость на изгиб больше в шесть с лишним раз, а диаметр отрезки — до 180 мм.

Подача у оси и пипка

У центра скорость резания стремится к нулю, а перемычка отламывается под нагрузкой — здесь чаще всего ломаются пластины. Поэтому примерно за 2 мм до оси подачу снижают до 75 %, а примерно за 0,5 мм до оси останавливают, чтобы деталь отпала. На станке с противошпинделем подачу останавливают примерно за 1 мм до оси, и противошпиндель отрывает деталь.

Пипка — это остаток перемычки на торце. Выбор формы передней кромки — компромисс:

Sandvik советует брать угол как можно меньше, а пластины с углом — только при вылете до 13 мм. На длинных вылетах — нейтральные.

СОЖ и стружка

Для отрезки и канавок СОЖ по Sandvik Coromant сильно влияет на надёжность процесса: стружка в узкой канавке не должна застревать. Лучший вариант — подвод к кромке через державку; у CoroCut QD охлаждение идёт и сверху, и снизу пластины. Стружка должна получаться уже канавки — на это рассчитаны геометрии отрезных пластин. В торцевых канавках длину стружки держат такой, чтобы она не застревала ни в канавке, ни на инструменте; при необходимости используют прерывистую подачу.

Пример: машинное время отрезки

Пруток Ø40 мм, сталь. Пластина 2 мм по таблице Sandvik. Режимы для примера: vc = 120 м/мин, f = 0,10 мм/об, предел оборотов 3000 об/мин. Последние 2 мм до оси подачу снижаем вдвое — до 0,05 мм/об, стоп за 0,5 мм до оси.

При постоянной скорости резания (G96) обороты растут к центру: n = 1000·vc / (π·d). Пока предел не достигнут, время считают по формуле:

1. Радиус, где обороты упираются в предел: r = 1000·120 / (2·π·3000) ≈ 6,37 мм.
2. От R = 20 до 6,37 мм: Tм = π·(400 − 40,5) / (1000·120·0,10) ≈ 0,0941 мин ≈ 5,6 с.
3. От 6,37 до 2 мм при n = 3000 об/мин: Tм = L / (f·n) = 4,37 / (0,10·3000) ≈ 0,0146 мин ≈ 0,9 с.
4. От 2 до 0,5 мм: Tм = 1,5 / (0,05·3000) = 0,01 мин = 0,6 с.

Итого около 7,1 с без подвода и отвода. Если бы обороты были постоянными и рассчитанными по наружному диаметру (n ≈ 955 об/мин), то же врезание заняло бы около 13,2 с: 18 / (0,10·955) + 1,5 / (0,05·955) ≈ 0,220 мин. Обороты по скорости резания удобно считать в калькуляторе режимов резания.

Про установку заготовки и вылет — в статье «Токарная обработка на ЧПУ: операции и базирование», про маркировку и радиус при вершине — в статье «Токарные пластины: маркировка ISO».