1.0 Koncepcja reengineeringu

6. ZASTOSOWANIE TOKAREK W PROCESIE TECHNOLOGICZNYM

Obróbka na tokarkach (toczenie) jest najpowszechniejszą odmianą obróbki

wiórowej. Wynika to z faktu, że bryły obrotowe stanowią najczęściej spotykany
kształt różnych części maszyn, bowiem tylko części wykonane jako bryły obroto-
we umożliwiają zmniejszenie oporów tarcia (występuje w takim przypadku tarcie
potoczyste). Tak więc podstawowym zastosowaniem technologicznym procesu to-
czenia jest obróbka brył (powierzchni) obrotowych.

6. 1. BUDOWA I RODZAJE TOKAREK

Stosując uogólniony schemat obrabiarki przedstawiony na rys.2.3 w przy-

padku tokarek przedstawiony jest on na rys.6.1.

Z rysunku tego widać, że w procesie toczenia następuje złożenie dwóch ruchów;
ruchu głównego wykonywanego przez przedmiot obrabiany oraz ruchu posuwo-
wego (posuwu) wykonywanego przez narzędzie. Widok tokarki uniwersalnej
przedstawiony jest na rys.6.2.

Rys.6.2. Tokarka uniwersalna [15]

ZESPÓŁ WYKONAWCZY

P
R
Z
E
D
M
I
O
T

S
T
E
R
O
W
A
N
I
E

NAPĘD

PRZEKŁADNIE

KORPUS

Rys.6.1. Uogólniony schemat
tokarki

6. Zastosowanie tokarek w procesie technologicznym

Każda tokarka składa się z kilku podstawowych zespołów do których należą:
• Łoże (6) wyposażone w prowadnice usytuowane na podstawach (7) i (8),
• Wrzeciennika (1) z wrzecionem do którego zamontowany jest uchwyt przed-

miotu obrabianego,

• Konika (5) którym podpierany może, lecz nie musi, być przedmiot obrabiany;

podpieranie konikiem stosuje się w przypadku obróbki przedmiotów o więk-
szej długości; obróbka przedmiotu długiego bez podparcia mogłaby spowodo-
wać ugięcie przedmiotu na skutek działania sił skrawania i jego niedokładną
obróbkę,

• Skrzynki posuwu (2) umożliwiającej napęd suportu wzdłużnego i poprzecznego
• Śruby pociągowej, (10) której głównym zadaniem jest umożliwienie nacinania

gwintów na tokarce; umożliwia ona przez skrzynkę posuwu powiązanie kine-
matyczne ruchu obrotowego wrzeciona i z nim przedmiotu obrabianego z
prędkością ruchu posuwowego narzędzia; powiązanie to umożliwia toczenie
gwintów o dowolnym praktycznie skoku,

• Wałka pociągowy (12) przeznaczonego do nadawania ruchu posuwowego na-

rzędziu; ze względu między innymi na mniejszą dokładność „powiązania” ru-
chu obrotowego wrzeciona z narzędziem nie można wałka pociągowego sto-
sować do nacinania gwintów,

• Suportu wzdłużnego (4) połączonego z wałkiem i śrubą pociągową; suport ten

porusza się wzdłuż przedmiotu obrabianego, ruch jego jest mechaniczny (za
pomocą wałka pociągowego) lub ręczny,

• Suportu poprzecznego umocowanego na suporcie wzdłużnym, który umożliwia

nadawanie narzędziu ruchu prostopadłego do osi przedmiotu obrabianego, ruch
jego odbywa się mechanicznie i ręcznie,

• Suportu narzędziowego (3) na którym zamocowany jest imak narzędziowy;

wykonuje on ruch wzdłuż przedmiotu obrabianego, tak jak suport wzdłużny
lecz w mniejszym zakresie; ponadto suport ten można skręcić o pewien kąt
umożliwiając tym samym toczenie stożków (patrz rozdz. 6.3); ruch suportu na-
rzędziowego jest ruchem ręcznym;

We wrzecienniku znajduje się cały zespół napędowy tokarki; silnik z przekładnią
pasową, skrzynką prędkości regulującą obroty wrzeciona i przez uchwyt prędkość
ruchu przedmiotu obrabianego. Od dołu przestrzeń robocza tokarki zamknięta jest
wanną (9) w której gromadzą się wióry i spływający płyn obróbkowy, odpływający
następnie do zbiornika płynu obróbkowego. Na rysunku zaznaczono również zę-
batkę (11) dzięki której możliwy jest ręczny ruch suportu wzdłużnego oraz wałek z
dźwignią (13), który umożliwia obsłudze tokarki jej załączanie oraz zmianę kie-
runku obrotów.

Ze względu na różnorodne operacje technologiczne wykonywane w procesie ob-
róbki, tokarki mogą być konstrukcyjnie przystosowane do wydajniejszego wyko-
nywania określonych operacji niż opisana wyżej tokarka uniwersalna. W tablicy 3
przedstawiono syntetycznie możliwości technologiczne różnych rodzajów tokarek.

6. Zastosowanie tokarek w procesie technologicznym

Tablica 3.

Nazwa tokarki

Zastosowanie

Tokarka uniwersalna

Przeznaczona do wykonywania wszystkich operacji to-
karskich opisanych w rozdz.6.3.

Tokarka tarczowa

Przeznaczona do obróbki przedmiotów o dużych średni-
cach „d”(powyżej 630 mm) i małych szerokościach „h”.
d/h>3

Tokarka karuzelowa

Oś wrzeciona tej tokarki ustawiona jest pionowo, przez
co uchwyt tokarki położony jest poziomo. Umożliwia
się w ten sposób mocowanie przedmiotów dużych i
ciężkich (po prostu przedmiot położony jest na „stole-
uchwycie” tokarki - jego przemieszczanie jest dużo ła-
twiejsze niż w przypadku kiedy oś uchwytu jest usytu-
owana konwencjonalnie tzn. w poziomie).Maksymalna
średnice przedmiotów obrabianych na takiej tokarce
oscylują wokół 7000 mm.

Tokarka kopiarka

Umożliwia toczenie przedmiotów o dowolnym kształcie
tworzącej. Dzieje się to dzięki wzornikowi po którym
porusza się element wodzący połączony (hydraulicznie,
elektrycznie) z suportami tokarki (poprzecznym i
wzdłużnym). Ruch elementu wodzącego po wzorniku
przenoszony jest na ruch narzędzia. Kształt tworzącej
przedmiotu zależy od projektu wzornika.

Tokarka wielonożowa

Przeznaczona głównie do obróbki wałków o dużej licz-
bie stopni średnic. W imaku zamocowanych jest kilka
równocześnie skrawających noży, co znacznie skraca
czas trwania obróbki. Zwielokrotnione (ze względu na
liczbę jednocześnie skrawających noży) siły skrawania
wymuszają sztywniejszą konstrukcję obrabiarki jak i
zwiększenie mocy silnika napędowego.

Tokarki rewolwerowe

Posiadają specjalną głowicę rewolwerową usytuowaną
zazwyczaj w miejscu konika. Głowicę rewolwerową
uzbraja się w różne narzędzia dzięki czemu można
znacznie skrócić czas obróbki określonych przedmiotów
( patrz rozdz. 6.4.)

Automaty i półautomaty
tokarskie

Przeznaczone do wykonywania skomplikowanych czę-
ści (najczęściej niewielkich wymiarów) w produkcji
wielkoseryjnej lub masowej. Mogą posiadać większą
liczbę różnych suportów narzędziowych, których ruch
sterowany jest najczęściej za pomocą krzywek

6. Zastosowanie tokarek w procesie technologicznym

Sterowanie ruchem suportów rozumiane jako zmianę położenia narzędzia wzglę-
dem przedmiotu obrabianego odbywa się:
• ręcznie (nie dotyczy to ruchów posuwowych i głównych),
• programowo, przy czym w zależności od rodzaju zastosowanego systemu pro-

gramowania można mówić o :

programowaniu krzywkami; są to wymienione wyżej automaty i pół-
automaty tokarskie,

programowaniu numerycznym mówimy wówczas o tokarkach sterowa-
nych numerycznie (lub ogólniej o obrabiarkach sterowanych nume-
rycznie - OSN).

6. 2. NARZĘDZIA TOKARSKIE, MOCOWANIE NARZĘDZI I

PRZEDMIOTU OBRABIANEGO

Podstawowymi narzędziami stosowanymi podczas wykonywania prac tokar-

skich są noże tokarskie. Różnią się miedzy sobą kształtem, geometrią ostrza oraz
sposobem wykonania (konstrukcją). Kształt noża tokarskiego dobierany jest w za-
leżności od tego jaką operację technologiczną należy wykonać. Ze względu na
fakt, że przykłady możliwości technologicznych tokarek omówione zostaną w
rozdz.6.3, tam także przedstawione zostaną kształty najszerzej stosowanych noży
tokarskich.

Korzystne efekty obróbki tokarskiej dotyczące zarówno wydajności obróbki

jak i jakości powierzchni przedmiotu po toczeniu, związane są w znacznym stopniu
z konstrukcją nowych narzędzi skrawających. Współczesne narzędzia tokarskie to
noże z płytkami z węglików spiekanych i ceramiki narzędziowej mocowanymi me-
chanicznie do korpusu narzędzia (rys.6.3).

Rys.6.3. Przykłady noży tokarskich z płytkami mocowanymi mechanicznie [4]

Stosując narzędzia z płytkami mocowanymi mechanicznie możliwe jest za-

stosowanie na ostrza materiałów supertwardych, co poprawia efekty obróbki nie
zawyżając jej kosztów ( tylko ostrze narzędzia wykonane jest z drogiego materia-
łu). Ponadto możliwość szybkiej wymiany ostrza (przez obrót płytki) skraca czas
obróbki. Obok narzędzi omówionych powyżej stosuje się również noże tokarskie:
• jednolite - wykonane w całości ze stali narzędziowej,
• łączone w sposób trwały; część chwytową noża (tą którą nóż mocowany jest w

imaku narzędziowym) wykonuje się ze stali zwykłej jakości (najtańszej), nato-

6. Zastosowanie tokarek w procesie technologicznym

miast ostrze ze stali narzędziowej,

• z lutowanymi płytkami z węglików spiekanych.
Noże tokarskie mocowane są w imaku nożowym umieszczonym na suportach to-
karki. Nie stanowią one jedynych narzędzi stosowanych na tokarkach. Konstrukcja
tokarek umożliwia również wykonywanie prac wiertarskich i w takim przypadku
wykorzystywane są narzędzia stosowane tradycyjnie podczas wiercenia (wiertła,
rozwiertaki itd.). Narzędzia wiertarskie mocowane są w przypadku tokarki uniwer-
salnej w koniku tokarki.

Zamocowanie narzędzia jest w procesie toczenia równie istotną czynnością

jak zamocowanie przedmiotu obrabianego. Mocowanie przedmiotu obrabianego
zapewnić musi również przeniesienie momentu obrotowego z wrzeciona na
przedmiot obrabiany. Ponadto stwierdzono, że przyjęty sposób mocowania przed-
miotu wpływa w sposób niezwykle istotny na dokładność przedmiotu wykonywa-
nego w operacji toczenia. Przywołując dokładność wykonania przedmiotu toczo-
nego, należy zwrócić uwagę na :
• odkształcenia przedmiotu wynikające z działania sił skrawania (porównaj

rys.2.2),

• nie zachowanie współosiowości wrzeciona tokarki i przedmiotu toczonego

(rys.6.4).

Rys.6.4. Wpływ nie współosiowego zamocowania na błędy przedmiotu toczonego

Podczas toczenia stosowane są następujące podstawowe sposoby zamocowania
przedmiotu:

•

zamocowanie przedmiotu w uchwycie szczękowym ( najczęściej trójszczęko-
wym samocentrującym) - rys.6.5; ten sposób zapewnia stosunkowo szybkie
mocowanie oraz wystarczającą dla obróbki średnio dokładnej współosiowość
przedmiotu i wrzeciona tokarki.

Rys.6.5. Mocowanie przedmiotu w uchwycie trójszczękowym samocentrującym [15]

Oś przedmiotu toczonego

Oś wrzeciona tokarki

6. Zastosowanie tokarek w procesie technologicznym

Sterowanie uchwytem (zamocowanie) odbywa się w jednym punkcie, a jego bu-
dowa umożliwia równomierny dosuw każdej szczęki, czego wynikiem jest wspo-
mniana wyżej współosiowość.
• mocowanie przedmiotu w kłach (rys.6.6); jest sposobem umożliwiającym uzy-

skiwanie największych dokładności toczenia; sposób ten stosowany jest rów-
nież w przypadku wysokich wymagań dotyczących przykładowo prostopadłości
czy równoległości powierzchni itp.

Rys.6.6. Mocowanie przedmiotu w kłach; 1- przedmiot toczony, 2- tarcza zabierakowa, 3- palec, 4-

zabierak, 5,6- kły [15]

Mocowanie w kłach jest jednak sposobem długotrwałym i kosztownym. Wyni-
ka to przede wszystkim z konieczności wykonania dodatkowych baz obróbko-
wych (tzw. nakiełków- rys.6.6) w które wprowadzane są kły umiejscowione we
wrzecionie tokarki i w koniku. Ponadto samo istnienie kła nie umożliwia jesz-
cze przeniesienie ruchu obrotowego z wrzeciona na przedmiot obrabiany. Ko-
nieczne jest więc zastosowanie oprzyrządowania umożliwiającego spełnienie
tego warunku. Stanowi je tarcza zabierakowa zamocowana na wrzecionie to-
karki i zabierak (zwany często od swojego charakterystycznego kształtu ser-
cówką) zamocowany na przedmiocie obrabianym.

• mocowanie przedmiotu na tarczy tokarskiej (rys.6.7); tarcza tokarska podobna

jest do uchwytu szczękowego, przy czym każda szczęka tarczy tokarskiej ste-
rowana jest indywidualnie; nie ma więc w tym przypadku automatycznego
„centrowania” przedmiotu; tarcze tokarskie stosuje się do mocowania przed-

Nakiełki: nie chroniony (a)

chroniony (b)

Tarcza zabierakowa

Zabierak

6. Zastosowanie tokarek w procesie technologicznym

miotów, które w obszarze mocowania mają kształt niesymetryczny;

Rys.6.7. Tarcza tokarska [15]

• mocowanie w tulejach zaciskowych; sposób ten stosowany jest szczególnie na

automatach tokarskich (rys.6.8). Przecięta tuleja jest ściskana zewnętrzną obej-
mą, przez co mocuje przechodzący przez jej wnętrze przedmiot obrabiany. Jest
to mocowanie bardzo szybkie i dokładne, jednakże tuleja zaciskowa o danej
średnicy może być stosowana tylko dla pewnego niewielkiego zakresu średnic
przedmiotów obrabianych. Zmiana średnicy przedmiotu wiąże się zazwyczaj ze
zmianą tulei zaciskowej (stąd stosowanie na automatach tokarskich przeznaczo-
nych do obróbki wielkoseryjnej i masowej, dla której wymiar przedmiotu obra-
bianego zmienia się rzadko).

Rys.6.8. Rozwiązanie konstrukcyjne tulei zaciskowej [15]