Преодолевая толщу металла. Сверление отверстий на токарном станке

Статьи

Сверление отверстий на токарных станках: особенности, инструменты и приемы

Сверление – это фундаментальная операция в металлообработке, позволяющая создавать отверстия в сплошном материале. На токарных станках сверление, наряду с рассверливанием, чаще всего используется как этап предварительной обработки, подготавливающий заготовку для последующих, более точных операций. Процесс сверления на токарном станке обычно предполагает вращение самой заготовки, в то время как сверло остается неподвижным, закрепленным в шпинделе задней бабки. Реже применяется схема с вращающимся сверлом, закрепленным в шпинделе станка.
Сверление отверстий на токарных станках обеспечивает точность до 12-го квалитета и шероховатость поверхности до 3-4-го классов. Рассверливание, в свою очередь, служит для увеличения диаметра уже существующего отверстия и при определенных условиях позволяет повысить его точность примерно на один квалитет. Основным инструментом для этих операций на токарных станках выступают спиральные сверла.
Машиностроение – это искусство превращения сырого материала в точные и функциональные детали. И, как утверждают опытные мастера, самым сложным этапом в этой трансформации является создание отверстий. Но пусть эта сложность не пугает! Сегодня мы погрузимся в мир сверления отверстий на токарном станке, рассмотрим все тонкости процесса и научимся делать отверстия, которые будут радовать глаз и соответствовать самым высоким требованиям.

Сверление и рассверливание: предварительная обработка с точностью до миллиметра. Сверление на токарном станке может осуществляться двумя способами:

Вращающаяся заготовка, неподвижное сверло. Это наиболее распространенный и эффективный способ, когда заготовка вращается, а сверло, закрепленное в задней бабке станка, остается неподвижным.
Вращающееся сверло, неподвижная заготовка. В редких случаях сверло может вращаться, будучи закрепленным в шпинделе станка, а заготовка – оставаться неподвижной. Этот способ используется реже и требует специальных приспособлений. Сверление обеспечивает точность размеров отверстия до 12-го квалитета и шероховатость поверхности до 3—4-го класса.
Рассверливание – это увеличение диаметра ранее просверленного отверстия. Рассверливание позволяет повысить точность отверстия примерно на один квалитет, обеспечивая более высокое качество обработки. В качестве режущих инструментов при токарной обработке металлов используются преимущественно спиральные сверла.

Спиральное сверло: конструкция и особенности

Основным режущим инструментом для сверления и рассверливания на токарных станках является спиральное сверло (или винтовое сверло). Это, как правило, двузубый инструмент, который состоит из трех основных частей:

Рабочая часть. Включает в себя режущие кромки, образующие режущий клин, и направляющую часть (ленточки), обеспечивающую направление сверла в отверстии и уменьшающую трение. Канавки (спиральные или прямые) служат для отвода стружки и подвода смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ).
Шейка. Переходная часть между рабочей частью и хвостовиком.
Хвостовик. Часть, предназначенная для закрепления сверла в станке. Хвостовики бывают коническими (стандарт Морзе) или цилиндрическими.

Установка сверл на станке

Правильная установка сверла – залог успешного сверления. На токарном станке сверло закрепляется в пиноли* задней бабки. *Пиноль - является частью задней бабки металлообрабатывающего станка и предназначена для закрепления обрабатывающего инструмента, или фиксации центра вращающейся детали.
Существует несколько способов крепления сверл, в зависимости от типа хвостовика и поставленных задач. Давайте рассмотрим схемы и положения.

Сверла с коническим хвостовиком

Если размеры конуса совпадают с отверстием пиноли, сверло можно установить непосредственно в нее. Чаще, однако, используются переходные втулки (втулки Морзе), которые позволяют устанавливать сверла с меньшими коническими хвостовиками в более крупные отверстия пиноли или в другие приспособления. На Рис. 1 показан пример такой переходной втулки.

Сверла с цилиндрическим хвостовиком. Для этих сверл используются сверлильные патроны

Кулачковый патрон. Одна из наиболее распространенных конструкций (см. Рис. 2а). Он состоит из корпуса (3), в котором расположены наклонные отверстия для кулачков (4). Кулачки имеют скосы для зажима сверла и резьбу на наружной поверхности. Внутри муфты (5) закреплена гайка с конической резьбой, взаимодействующей с резьбой кулачков. Вращая муфту ключом (2), можно перемещать кулачки, которые сходятся или расходятся, надежно зажимая сверло. Корпус патрона имеет с обратной стороны коническое отверстие для установки на хвостовик (1) (обычно Морзе) или в пиноль. Такие патроны выпускаются стандартных размеров, например, ПС-6, ПС-9, ПС-16 (цифра указывает на наибольший диаметр сверла, которое можно зажать).

Быстросменный патрон. Используется, когда требуется частая смена инструментов, закрепляемых в задней бабке (см. Рис. 2б). Он состоит из корпуса (2) с коническим хвостовиком (6) и отверстиями для шариков (3). В корпус устанавливается переходная втулка (1) с коническим отверстием Морзе и радиусными канавками на наружной поверхности. Муфта (4) свободно надета на корпус и фиксируется пружинными кольцами (7, 9) и подпружиненным шариком (5). Отверстие (8) служит для выхода воздуха. Чтобы закрепить сверло, его вставляют во втулку (1), затем втулку сдвигают в патрон (муфта при этом сдвинута вправо). Перемещая муфту влево, она надавливает на шарики, которые входят в канавки втулки, надежно ее фиксируя. Для смены инструмента достаточно сдвинуть муфту вправо, и втулка со сверлом легко извлекается.
Патрон для глубокого сверления. Простое приспособление для сокращения времени отвода сверла при частой очистке от стружки (см. Рис. 2в). Состоит из корпуса (2) с коническим хвостовиком и сверлодержателя (1) с рукояткой (3). В корпусе имеется продольный паз с поперечными канавками. Чтобы быстро вывести сверло, достаточно вывести рукоятку из канавки и отвести сверло вправо. Возврат в рабочее положение осуществляется в обратном порядке.

Качественное сверление отверстия на токарном станке требует тщательной подготовки, а именно:

Закрепление заготовки. Заготовка должна быть прочно закреплена в токарном патроне, с минимальным биением. При необходимости ее выверяют.
Подготовка торца. Конец заготовки, который будет сверлиться, необходимо чисто подрезать (подрезать торец) и убедиться в его перпендикулярности оси вращения. На торце не должно быть неровностей или выпуклостей.
Соосность. Ось пиноли задней бабки должна совпадать с осью шпинделя станка. Это критически важно для точности сверления.
Начальное направление сверла. Особенно для длинных и тонких сверл, важно задать правильное начальное направление. Для этого в центре торца заготовки делают небольшое конусное углубление (центровочное отверстие). Его можно выполнить упорным резцом (см. Рис. 3а):

Или коротким жестким сверлом (центровочным сверлом) (см. Рис. 3б).
Угол конусного углубления делают на 20-30° меньше угла при вершине рабочего сверла. Это гарантирует, что перемычка сверла (участок между режущими кромками) не будет участвовать в резании в начальный момент, что значительно снижает риск смещения сверла в сторону.

Но как избежать отклонений? Основные работы с длинными и глубокими отверстиями

Дополнительная поддержка. При сверлении длинных сверл рекомендуется поддерживать их в начале операции обратной стороной резца, закрепленного в резцедержателе чуть выше оси центров, для увеличения жесткости.
Предварительное сверление. Перед сверлением глубокого отверстия рекомендуется сначала надсверлить его коротким сверлом того же диаметра на глубину, примерно равную диаметру отверстия. Это создает надежное направляющее отверстие для основного сверла, предотвращая его отклонение.
Установка сверла. Хвостовик сверла и отверстие пиноли должны быть насухо протерты. Забоины на хвостовике необходимо удалить напильником. Сверло устанавливается в пиноль резким осевым толчком для надежной фиксации.

Технология сверления. Стандартный способ сверления на токарном станке (см. Рис. 4) включает следующие этапы:

Подвод сверла. После подготовки и включения вращения шпинделя, сверло подводится к торцу вращающейся заготовки вручную, поворотом маховичка задней бабки. Важно подводить плавно, избегая удара, чтобы не повредить сверло.
Начало резания. Сверло подается вперед медленно до тех пор, пока оно не врежется в металл на глубину, превышающую длину режущей части. Затем подачу можно увеличить.
Подача. Подача сверла должна осуществляться плавно, без рывков, будь то ручная или механическая подача.

Выход сверла. При сверлении сквозных отверстий необходимо проявлять особую осторожность на выходе сверла из отверстия. В этот момент нагрузка на режущие кромки становится неравномерной, и они могут выкрошиться. Поэтому на выходе подачу необходимо резко уменьшать.
Вывод сверла. Перед выключением вращения шпинделя всегда необходимо вывести сверло из отверстия. В противном случае, из-за упругой деформации металла и возможного заклинивания, сверло может сломаться при остановке.
Удаление стружки. При сверлении, особенно глубоких отверстий, стружка затруднительно выходит из зоны резания. Необходимо периодически выводить сверло из отверстия и очищать его от стружки, используя металлическую щетку.

Контроль глубины. Глубину глухого отверстия можно контролировать по миллиметровой шкале на пиноли, по лимбу маховичка задней бабки, или нанеся меловую риску на сверло на нужной глубине.
Охлаждение. Для увеличения стойкости сверла и улучшения качества поверхности отверстия рекомендуется применять смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ). Например: стали - сверлят с применением эмульсий; цветные металлы - с охлаждением или всухую; чугун - обычно без охлаждения.
СОЖ подается струей непосредственно на сверло у торца детали, одновременно с началом резания.
Механическая подача. Ручная подача сверла, особенно для отверстий большого диаметра, может быть затруднительной. Некоторые современные токарные станки оснащены устройством для механического перемещения задней бабки. Это часто реализуется с помощью замка, состоящего из двух угольников, крепящихся к поперечным салазкам суппорта и плите задней бабки. Перед включением механической подачи заднюю бабку необходимо открепить от станины.

Правильный выбор режимов резания критически важен для эффективности и долговечности инструмента

Глубина резания (t). При сверлении равна ½ диаметра сверла. При рассверливании — полуразность диаметров отверстия после и до обработки.
Подача (S). Определяется как осевое перемещение сверла за один оборот заготовки (мм/об). Чаще всего на токарных станках осуществляется вручную. При механической подаче для отверстий диаметром 5-30 мм в стальных заготовках подача может составлять 0,1—0,4 мм/об. Большие значения подачи в этом диапазоне выбирают для сверл большего диаметра. При сверлении чугуна подачу можно увеличить примерно в 1,5 раза, то же относится и к рассверливанию.
Скорость резания (v). Для невращающегося сверла равна окружной скорости вращения обрабатываемой поверхности отверстия (м/мин). Для быстрорежущих сверл при обработке стали и чугуна она составляет 20—40 м/мин. Для сверл, оснащенных твердосплавными пластинами, скорость резания может быть увеличена в 2-3 раза. Для сверл меньшего диаметра обычно применяют большие значения скорости резания.

Для решения этих проблем применяются специализированные сверла для глубокого сверления (см. Рис. 5)

Спиральные сверла с каналами для СОЖ: (см. Рис. 5а). Имеют внутренние каналы для подачи охлаждающей жидкости под давлением к режущим кромкам. Это улучшает охлаждение и способствует вымыванию стружки. Однако, из-за недостаточной жесткости, они не всегда обеспечивают высокую точность оси отверстия.
Четырехленточные спиральные сверла: (см. Рис. 5б). Отличаются увеличенной толщиной сердцевины и наличием двух направляющих ленточек на спинках каждого зуба. Дополнительные канавки (1) позволяют СОЖ свободно поступать к режущим кромкам, обходя раскаленную стружку. Это улучшает направление сверла и условия охлаждения, хотя основные недостатки спиральных сверл (жесткость, перемычка) остаются.

Пушечное сверло: (см. Рис. 5в). Представляет собой круглый стержень с цилиндрическим хвостовиком (3). Рабочая часть (2) срезана по радиусу, образуя режущую кромку (1) и пространство для выхода стружки. Для уменьшения трения предусмотрена небольшая обратная конусность. Недостатками являются затрудненный выход стружки и недостаточно эффективное охлаждение.
Пушечные и ружейные сверла - используются для обработки глубоких отверстий повышенной точности. Их особенность — наличие одного зуба и большой направляющей поверхности.

Ружейное сверло: (см. Рис. 6) - обычно изготавливается из трубки быстрорежущей стали

По всей длине, кроме хвостовика (3), выполнена угловая стружечная канавка. Внутри сверла образуется серпообразный канал для подвода СОЖ под высоким давлением. Напорная струя жидкости интенсивно охлаждает кромку и вымывает стружку. Ломаная форма режущей кромки (1) помогает разделять стружку, а образующийся на дне отверстия центрирующий конус улучшает направление сверла.

Пушечные и ружейные сверла обычно требуют предварительного надсверливания отверстия коротким спиральным сверлом для придания им первоначального направления.

Заключение

Сверление на токарном станке, будь то стандартная операция или сложная задача по сверлению глубоких отверстий, требует внимания к деталям: правильному выбору инструмента, надежной установке, тщательной подготовке заготовки, соблюдению режимов резания и применению соответствующих технологий (например, СОЖ). Понимание принципов работы сверла, особенностей крепления и приемов обработки позволяет эффективно и качественно выполнять эту важную операцию на токарном оборудовании.
Особое внимание следует уделять: правильной подготовке торца заготовки и центрированию сверла для предотвращения его смещения; регулярной очистке сверла от стружки и применению охлаждающих жидкостей для увеличения срока службы инструмента; грамотному подбору режимов резания (скорости и подачи) в зависимости от материала заготовки и диаметра отверстия.
При сверлении глубоких отверстий применяются специальные типы сверл (например, четырехленточные сверла, пушечные и ружейные сверла), которые обеспечивают повышенную точность, улучшенное охлаждение и эффективное удаление стружки. Таким образом, качественное сверление отверстий требует соблюдения технологии обработки, правильного выбора инструмента и условий резания, что в конечном итоге способствует повышению эффективности и точности металлообработки.