Jak działa wytaczanie CNC i jakie narzędzie wytaczarskie wybrać?

Przegląd wytaczania CNC

Wymagania dotyczące dokładności wytaczania

Wytaczanie jest jedną z głównych operacji obróbczych wykonywanych w centrum obróbczym. Pozwala ono na precyzyjną kontrolę tolerancji wymiarowych i geometrycznych układu otworów oraz umożliwia korektę błędów powstałych podczas poprzedniej operacji.

Większość otworów cylindrycznych wykonywanych metodą wytaczania stanowi otwory krytyczne, służące do łączenia lub podparcia elementów maszyn, dlatego wymagają one stosunkowo wysokiej dokładności wymiarowej. Ogólne otwory łączące są zazwyczaj wykonywane z dokładnością IT7 lub IT8, otwory w korpusie wrzeciona mogą wymagać dokładności IT6, natomiast otwory o mniejszych wymaganiach są często wykonywane z dokładnością IT11.

W przypadku otworów o wysokiej dokładności w wspornikach i tulejach oraz otworów krytycznych w obudowach dokładność geometryczną należy zasadniczo utrzymywać w granicach od jednej trzeciej do połowy tolerancji średnicy otworu. Błąd odległości między osiami wywierconych otworów wynosi zazwyczaj od ±0,025 do 0,06 mm, natomiast błąd równoległości między osiami dwóch otworów jest ograniczany do 0,03–0,10 mm. Typowa chropowatość powierzchni wywierconej wynosi od Ra 1,6 do 0,4 µm.

Etapy procesu wytaczania

Wytaczanie otworów często przebiega w następujących etapach: wytaczanie zgrubne, wytaczanie półwykończeniowe i wytaczanie wykończeniowe. Wybór niezbędnych etapów zależy od tolerancji otworu, materiału obrabianego oraz konstrukcji elementu.

Wiercenie zgrubne

Wstępne wytaczanie stanowi ważną operację przygotowawczą przy wykonywaniu otworów cylindrycznych. Służy ono obróbce otworów w odlewanych lub kutych półfabrykatach, a także otworów, które zostały już wywiercone lub pogłębione, w celu zapewnienia odpowiednich warunków do obróbki półwykończeniowej i wykończeniowej. Pozwala ono również na wczesne wykrycie wad półfabrykatów, takich jak pęknięcia, wtrącenia piaskowe i pęcherzyki powietrza.

Podczas wiercenia zgrubnego zazwyczaj pozostawia się od 2 do 3 mm naddatku z każdej strony na wiercenie półwykończeniowe i wykończeniowe. Precyzyjne elementy obudowy mogą również wymagać hartowania lub starzenia po wierceniu zgrubnym w celu usunięcia naprężeń wewnętrznych powstałych podczas obróbki, zanim zostanie przeprowadzone wiercenie wykończeniowe.

Duże parametry skrawania powodują powstanie dużych sił skrawania i wysokich temperatur, a także znaczne zużycie narzędzia podczas wiercenia zgrubnego. Narzędzie do wiercenia zgrubnego musi zatem charakteryzować się wystarczającą wytrzymałością i odpornością na uderzenia. Jego geometria powinna zmniejszać siłę skrawania oraz obciążenie systemu obróbczego, umożliwiając jednocześnie skuteczne odprowadzanie ciepła.

Wytaczanie półwykończeniowe

Wytaczanie półwykończeniowe przygotowuje otwór do wytaczania wykończeniowego poprzez wyrównanie nierówności pozostałych po obróbce zgrubnej. Aby uzyskać otwór o wysokiej dokładności, konieczne mogą być dwa przejścia podczas wytaczania półwykończeniowego. Pierwsze z nich usuwa najbardziej nierównomierny nadmiar materiału, a drugie — pozostały nadmiar, co pozwala poprawić dokładność wymiarową i geometryczną oraz zmniejszyć chropowatość powierzchni.

Podczas wiercenia półwykończeniowego zazwyczaj pozostawia się od 0,3 do 0,4 mm naddatku z każdej strony na wiercenie wykończeniowe. W przypadku otworów o mniej rygorystycznych wymaganiach dotyczących dokładności można czasami przejść bezpośrednio od wiercenia zgrubnego do wiercenia wykończeniowego.

Wykończenie wiercenia

Wiertanie wykańczające polega na zastosowaniu większej prędkości skrawania i mniejszego posuwu w celu usunięcia niewielkiego naddatku pozostałego po wierceniu zgrubnym lub półwykańczającym oraz dokładnego uzyskania określonej powierzchni wewnętrznej.

Po wierceniu zgrubnym należy poluzować płyty mocujące i ponownie zamocować obrabiany element, aby ograniczyć wpływ odkształceń spowodowanych mocowaniem na końcową dokładność. Typowa głębokość skrawania promieniowego podczas wiercenia wykańczającego wynosi co najmniej 0,01 mm, a posuw – co najmniej 0,05 mm/obr.

Rodzaje narzędzi wytaczarskich i ich dobór

Część tnąca narzędzia do wytaczania w centrum obróbczym jest zasadniczo podobna do narzędzia do toczenia zewnętrznego. Jednak podczas wytaczania w centrum obróbczym zazwyczaj stosuje się narzędzie wspornikowe, dlatego pręt wytaczarski musi zapewniać odpowiednią sztywność i dokładność. Dostępne są narzędzia przeznaczone do różnych warunków skrawania, które można podzielić na narzędzia wytaczarskie jednoostrzowe lub dwuostrzowe w zależności od liczby krawędzi skrawających.

Jednoostrzowe narzędzia wytaczarskie

Większość wierteł jednoostrzowych ma konstrukcję regulowaną. Przedstawione na rysunku warianty (a), (b) i (c) służą do wiercenia otworów przelotowych, stopniowanych i ślepych. Śruba nr 1 służy do regulacji średnicy skrawania, natomiast śruba nr 2 blokuje ustawienie.

Narzędzie jednostronne charakteryzuje się stosunkowo niską sztywnością i może wibrować podczas cięcia, dlatego wybiera się większy kąt natarcia, aby zmniejszyć siłę promieniową. Średnicę obróbki ustala się poprzez przesuwanie narzędzia do wytaczania, co utrudnia regulację i zmniejsza wydajność. Konstrukcja ta jest stosowana głównie w produkcji jednostkowej i małoseryjnej. Niemniej jednak jej prosta budowa i szeroka uniwersalność sprawiają, że jest ona powszechnie stosowana.

Dwuostrzowe narzędzia wytaczarskie

Proste narzędzie do wytaczania z podwójną krawędzią skrawającą posiada dwie symetryczne krawędzie skrawające na przeciwległych końcach, przy czym obie krawędzie tną jednocześnie. Zrównoważone działanie skrawające niweluje znaczną część siły promieniowej działającej na pręt wytaczarski. Pozwala to na zastosowanie większych parametrów skrawania, zmniejsza wymagany poziom sztywności pręta, ogranicza drgania oraz poprawia wydajność skrawania.

Narzędzia do wytaczania z podwójną krawędzią skrawającą i wymiennymi płytkami są szeroko stosowane, ponieważ ich płytki można łatwo wymieniać, nie wymagają one ponownego ostrzenia i są łatwe w regulacji. Symetryczne skrawanie pozwala uzyskać wysoką dokładność wytaczania. W porównaniu z narzędziem z pojedynczą krawędzią skrawającą posuw na obrót można zwiększyć mniej więcej dwukrotnie, co podnosi wydajność.

Otwory o dużej średnicy można obrabiać za pomocą regulowanego wiertła dwustronnego, którego głowica zapewnia szeroki zakres regulacji. Maksymalna średnica wiercenia może wynosić 1 000 mm.

Narzędzia wytaczarskie z precyzyjną regulacją

Narzędzia do wiercenia precyzyjnego są powszechnie stosowane do wiercenia wykańczającego w centrach obróbczych. Ich wymiar promieniowy można regulować w określonym zakresie, przy rozdzielczości skali wynoszącej 0,01 mm.

Aby wyregulować narzędzie, należy najpierw poluzować śrubę mocującą, następnie obracać nakrętkę regulacyjną z podziałką, aż głowica tnąca osiągnie wymaganą średnicę, a na koniec ponownie dokręcić śrubę. Ten typ narzędzia do wytaczania charakteryzuje się stosunkowo prostą budową i zapewnia wysoką dokładność, dużą wszechstronność oraz wysoką sztywność.