OBRÓBKA SKRAWANIEM Ćwiczenie nr 1 IDENTYFIKACJA NARZDZI SKRAWAJCYCH opracowanie: Joanna Kossakowska Tomasz Brzeziński PO L ITE CH NI KA W A RS Z A WS KA INSTYTUT TECHNIK WYTWARZANIA ZAKAAD AUTOMATYZACJI, OBRABIAREK I OBRÓBKI SKRAWANIEM 1 CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi narzędziami do obróbki skrawaniem, tj. z no\ami tokarskimi, frezami oraz wiertłami. Podczas laboratoriów ka\dy student otrzymuje nó\ tokarski z zamontowaną płytką oraz komplet płytek skrawających. Zadaniem ka\dego jest dokładne opisanie otrzymanego narzędzia wraz z odczytaniem katalogowych własności danego narzędzia i płytek skrawających. 2 PODSTAWY TEORETYCZNE Przedstawione poni\ej informacje są uzupełnieniem podstaw teoretycznych zawartych w [2] oraz w wykładzie Geometria ostrza. 2.1 Rodzaje no\y tokarskich Podstawowe typy no\y tokarskich, przedstawiono na rys. 1. rys. 1 Podstawowe typy no\y tokarskich: 1 - zdzierak prosty, 2 - zdzierak wygięty, 3 - wykańczak spiczasty, 4 - boczny wygięty, 5 - wykańczak szeroki, 6 - boczny odsadzony, 7 - przecinak, 8 - czołowy, 9 - wytaczak prosty (do otworów przelotowych), 10 - wytaczak spiczasty (do otworów nieprzelotowych), 11 - wytaczak hakowy Przedstawiona powy\ej nomenklatura, funkcjonująca do dziś dzień w obiegowym słownictwie, związana jest z obowiązującymi niegdyś normami. Wg obecnych norm typy no\y opisuje się symbolami (patrz: załącznik), natomiast producenci narzędzi posługują się dodatkowo nazewnictwem związanym z przeznaczeniem narzędzia (rys. 2) 2 rys. 2 Przykładowy podział no\y tokarskich ze względu na odmianę obróbki 2.2 Budowa narzędzia No\e tokarskie ze względu na sposób łączenia dzielimy na jednolite, składane oraz łączone w sposób trwały. Nó\ tokarski jednolity (rys. 3a) jest to narzędzie, w którym zarówno część chwytowa jak i część robocza wykonane są z jednego materiału, np. ze stali narzędziowej bądz szybkotnącej. Narzędzie łączone w sposób trwały posiada np. wlutowaną płytkę z węglika spiekanego w korpus ze stali konstrukcyjnej (rys. 3b) a) Nó\ tokarski jednolity b) Nó\ tokarski z wlutowaną płytką rys. 3 No\e jednolite i łączone w sposób trwały Nó\ tokarski składany (rys. 4) jest to narzędzie, które składa się z trzonka, płytki skrawającej oraz elementu mocującego. Trzonek wykonany jest najczęściej ze stali konstrukcyjnej a do niego dokręcona jest płytka skrawająca z węglika spiekanego, ceramiki czy materiału super twardego. Dzięki 3 zastosowaniu wymiennych ostrzy operator szybko mo\e wznowić pracę na obrabiarce, bez konieczności długotrwałego ostrzenia narzędzia. rys. 4 Nó\ tokarski składany 2.3 Typ trzonka Kolejnym elementem do określenia jest trzonek no\a tokarskiego. Wszystkie jego dostępne wielkości i kształty ją jasno określone przez Normę ISO (patrz załącznik). . rys. 5 Typowe przekroje trzonków no\y tokarskich W ostatnich latach du\ym powodzeniem cieszy się równie\ mocowanie typu Capto (rys. 6) rys. 6 Nó\ tokarski z mocowaniem Capto System mocowania Capto jest jedynym modułowym systemem narzędziowym do wszystkich bez wyjątku operacji skrawania metali. Równie skuteczny przy toczeniu, frezowaniu, wierceniu i wytaczaniu. Te same narzędzia skrawające i oprawki/adaptery mogą być wykorzystywane w ró\nych zastosowaniach i na ró\nych obrabiarkach, co pozwala na stworzenie ujednoliconego systemu narzędziowego w całym zakładzie. Zapewnia to znaczące oszczędności na kosztach utrzymania. Istnieje wiele mo\liwości monta\u narzędzi o zró\nicowanej długości i konstrukcji. Ten sam system mo\na instalować w ró\ny sposób na ró\nych obrabiarkach. 4 2.4 Podstawowa geometria no\y tokarskich. Podstawowym parametrem narzędzi tokarskich jest usytuowanie głównej krawędzi skrawającej względem chytu narzędzia, determinujący podział narzędzi na prawe i lewe. Nó\ lewy to taki, w którym w pozycji pracy krawędz skrawająca jest po tej samej stronie co kciuk lewej ręki. I odwrotnie. Sposób określania kierunkowości norza, przedstawono na rys. 7 główna krawędz skrawająca lewy prawy f f lewy prawy rys. 7 Usytuowania ostrza względem chwytu Odsadzenie (rys. 8), oznaczane literą n , jest to odległość naro\a ostrza od powierzchni bazowej narzędzia. O Odsadzeniu mówimy wtedy, gdy odległość n jest większa od 0. Odsadzenie n decyduje o mo\liwościach technologicznych (czyli mo\liwych do wykonania zabiegach) przez narzędzie (por. rys. 9 i rys. 10). n n nó\ z nó\ bez odsadzeniem odsadzenia rys. 8 Odsadzenie naro\a Mo\liwości technologiczne narzędzia zale\ą równie\ od kąta przystawienia. Dla przykładu nó\ zdzierak prosty (rys. 9) posiadający kąt przystawienia poni\ej 90� oraz nie posiadający odsadzenia mo\e wykonywać jedynie toczenie wzdłu\ne. Z kolei nó\ wygięty, posiadający kąt przystawienia równie\ poni\ej 90� ale posiadający odsadzenie, mo\e wykonywać równie\ obróbkę czołową, przy czym zmianie ulega naro\e skrawające, pomocnicza krawędz skrawająca oraz rozkład kątów przystawienia i kąta naro\a. Z kolei nó\ do toczenia profilowego (rys. 11), posiada kąt 5 przystawienia ponad 90� i mo\e wykonywać obróbkę w wielu kierunkach. W tym przypadku naro\e skrawające zostaje zawsze to samo, ale w zale\ności od wykonywanego zabiegu zmieniać się mo\e zarówno usytuowanie kątów przystawienia jak i główna krawędz skrawająca. Nale\y tu jednak zaznaczyć, \e nie ka\dy nó\ o kącie przystawienia ponad 90� jest no\em do toczenia profilowego. Zakres zastosowania danego narzędzia podawany jest zawsze w katalogach narzędziowych danego Producenta. ' �r �r �r P' s Ps f rys. 9 Kąty przystawienia i naro\a oraz poło\enie głównych krawędzi skrawających dla no\a prostego prawego �r Ps �r ' �r ' �r s P' �r �r P' s Ps f f rys. 10 Kąty przystawienia i naro\a oraz poło\enie głównych krawędzi skrawających dla no\a wygiętego prawego w zale\ności od kierunku posuwu 6 �r ' �r �r Ps ' �r �r �r P' P' s s Ps f f rys. 11 Kąty przystawienia i naro\a oraz poło\enie głównych krawędzi skrawających dla no\a prawego do toczenia profilowego Do pełnej znajomości podstawowej geometrii narzędzia konieczna jest wiedza na temat wartości kątów w płaszczyznie ortogonalnej (rys. 12) oraz kierunku wzniosu płaszczyzny natarcia, determinującego podział narzędzi na narzędzia o geometrii dodatniej (ło>=0) i narzędzia o geometrii ujemnej (ło<0). Dopełnieniem znajomości podstawowej geometrii narzędzia jest znajomość kąta pochylenia krawędzi skrawającej s (rys. 13). Tu podobnie kąt s mo\e być dodatni lub ujemny. ł ł o o - - ąo ąo + + Po Po Ps Ps geometria geometria dodatnia ujemna rys. 12 Przekrój no\a w płaszczyznie ortogonalnej 7 Po Po Ps Ps + +
s s - - rys. 13 Widok no\a w płaszczyznie PS Pełną, podstawową geometrię no\a na przykładzie no\a tokarskiego wygiętego prawego, przy zało\eniu posuwu wzdłu\nego, przedstawiono na rys. 14. ł o - ąo + Po �r �r ' �r Ps f +
s - rys. 14 Geometria no\a wygiętego prawego w układzie narzędzia 2.5 Płytki skrawające 2.5.1 Gatunek płytki Aby dokładnie poznać gatunek materiału, z jakiego wykonana jest płytka skrawająca, nale\y znając oznaczenie Producenta posłu\yć się katalogiem. Oznaczenia te czasami naniesione są bezpośrednio na płytce (rys. 15) bądz na opakowaniu płytki (rys. 20, rys. 21) 8 rys. 15 Oznakowanie gatunku materiału płytki skrawającej na płytkach firmy Sandvik Nie posiadając oznaczenia, mo\emy jedynie orientacyjnie określić materiał płytki. Płytki ceramiczne, poza oczywistymi organoleptycznymi cechami, charakteryzują się brakiem łamacza wióra, często nie ma równie\ otworu. Płytki ceramiczne mają zazwyczaj zaokrągloną bądz fazowaną krawędz skrawającą. Poszczególne gatunki ceramiki mo\na odró\nić za pomocą kolorów: - ceramika tlenkowa o czysta kolor biały o mieszana jasnoszary o zbrojona szaro-zielony - ceramika azotkowa kolor ciemnoszary Płytki borazonowe bądz diamentowe (ze względu na swoją cenę) zazwyczaj mają jedynie wbudowany tips bądz wlutowane naro\e z materiału supertwardego. Korpus płytki jest w tym przypadku zazwyczaj węglikiem spiekanym. Ró\norodność gatunków węglików spiekanych uniemo\liwia ich organoleptyczne rozró\nienie. Węgliki ró\nią się między sobą wielkością ziarna, zawartością poszczególnych węglików i spoiwa, brakiem bądz występowaniem pokryć, rodzajem nanoszenia pokryć (CVD i PVD), grubością pokryć, ró\norodnością pokryć. Ponadto niekiedy stosuje się inne pokrycie na powierzchni natarcia, a inne na powierzchni przyło\enia. Charakterystycznym pokryciem jest natomiast złotawy azotek tytanu (TiN). 9 węglik spiekany pokrywany węglik spiekany niepokrywany cermetale spieki ceramiczne CBN PCD rys. 16 Ró\ne rodzaju gatunków płytek skrawających 2.5.2 Geometria płytki Najwa\niejsze geometryczne parametry płytki skrawającej to: " kształt płytki i wielkość płytki " promień naro\a płytki " kąt przyło\enia płytki. Płytki ujemne mają zawsze kąt przyło\enia równy 0�. Płytki dodatnie kilka-kilkanaśnie stopni 10 rys. 17 Kąt przystawienia w układzie płytki skrawającej " Mikrogeometria płytki. Geometrie do toczenia mogą być podzielone na trzy podstawowe typy zoptymalizowane do operacji obróbki wykańczającej, średniej i zgrubnej. Obszar roboczy (rys. 19) ka\dej geometrii mo\e być odczytany na wykresie, na którym oznaczono zakresy posuwu i głębokości skrawania dla których wiór jest łamany na akceptowalnym poziomie. Stosuje się tu znormalizowane oznaczenie: - Obróbka zgrubna R. (R Rough) - Obróbka średnia M (M- Medium) - Obróbka wykańczająca F (F Finisz) rys. 18 Mikrogeometria płytki dla obróbki wykończeniowej (F) średniej (M) i zgrubnej (R) stali (P) rys. 19 Obszary robocze płytek o ró\nych mikrogeometriach 2.6 Kodowanie płytek przykłady Poni\ej przedstawiono przykłady kodowania płytek skrawających stosowane przez producentów narzędzi skrawających: Seco oraz Sandvik. Firma Seco (rys. 20) poza podstawowym oznaczeniem ISO po myślniku dodaje równie\ oznaczenie rodzaju łamacza wióra (w przypadku podanym na rysunku jest to M3) oraz po przecinku 11 umieszcza równie\ gatunek materiału z jakiego wykonana jest płytka (tu: TP2500 typ węglika spiekanego, oznaczenie Producenta). W przypadku tej płytki łamacz wióra posiada oznaczenie M co sugeruje \e płytka ta jest do obróbki średniej (M- Medium). Poza literą M w tym miejscu mo\e występować równie\ litera R (R Rough) co oznacza obróbkę zgrubną oraz litera F (F Finisz) co oznacza obróbkę wykańczającą. rys. 20 Przykład oznaczenia płytek skrawających firma SECO W firmie Sandvik (rys. 21), po kodzie ISO równie\ łamacze wióra są opisane po myślniku (PM), a w następnej kolejności podany jest gatunek z jakiego wykonana jest płytka (w przypadku podanym na rysunku jest to 4225 typ węglika spiekanego, oznaczenie Producenta). rys. 21 Przykład oznaczenia płytek skrawających firma Sandvik Firma Sandvik dodatkowo w oznaczeniach płytek skrawających zawiera informacje do skrawania jakiego materiału przeznaczony jest dany wyrób. W naszym przypadku oznaczenie to P (stal). Poni\ej wyszczególniona jest litera (M) oznacza tak samo jak w przypadku firmy Seco rodzaj obróbki do jakiej jest przeznaczona płytka (tu: średnia) 12 Występuje równie\ oznaczenie Producenta, wskazujące do jakich warunków obróbki nadaje się płytka (rys. 22) rys. 22 Symbole określające warunki toczenia stosowane przez firmę Sandvik Firma Sandvik dodatkowo na opakowaniu od płytek zawiera informacje o maksymalnych i zalecanych parametrach obróbki. 3 WYKONANIE ĆWICZENIA W części praktycznej nale\y uzupełnić protokół z zajęć laboratoryjnych, w którym nale\y uwzględnić: - Dokładny opis otrzymanego no\a tokarskiego - Dokładny opis otrzymanych płytek skrawających Za pomocą kątomierzy i urządzeń specjalnych wyznaczyć następujące kąty otrzymanego no\a: - Kąty przystawienia( główny �r i pomocniczy�r ) - Kąt pochylenia krawędzi skrawającej s - Kąty przyło\enia i natarcia w płaszczyznie ortagonalnej PO 13 Aby wykonać pomiar nale\y zapoznać się z obsługą kątomierza stolikowego IOS a następnie przejść do pomiaru. rys. 23 Kątomierz stolikowy IOS, 1 - płyta pomiarowa, 2 - poziomy kątomierz pomocniczy, 3 - poziomy kątomierz rzutujący, 4 - kolumna, 5 - nakrętka, 6 - korpus kątomierza obrotowego, 7 - pionowy kątomierz obrotowy, 8 - podstawa, 9 - ramię kątomierza, a - rowki podłu\ne, b - rowki poprzeczne 14 rys. 24 Pomiar kątów ostrza kątomierzem stolikowym IOS: a) pomiar kąta �r, b) ustawienie do pomiaru kątów ąo i ło, c) pomiar kąta ło, d) pomiar kąta ąo, e) ustawienie do pomiaru kąta s, f) pomiar kąta s 15 rys. 25 Sprawdzanie kątów ąo i ło na kątomierzu Martynowa: 1 - stolik pomiarowy, 2 - kolumna, 3 - końcówka ą ł ą ł ą ł samonastawna, 4 - tarcza kątomierza pionowego z podziałką, 5 - tarcza kątomierza poziomego z podziałką, 6 - baza oporowa rys. 26 Schemat kątomierza KN-4: 1 - stolik pomiarowy, 2 - kolumna, 3 - końcówka samonastawna, 4 - tarcza kątomierza z podziałką 4 LITERATURA [1] Kunstetter St.: Podstawy konstrukcji narzędzi skrawających. WNT. Warszawa, 1980. [2] Jemielniak K. Obróbka skrawaniem OWPW [3] Katalogi firm narzędziowych [4] Sandvik Poradnik obróbki skrawaniem 16