Рис. 29. Несовершенная опора центра — результат центрования до правки
Различные формы центров. — В некоторых плохо оснащенных мастерских приходится формировать центры только с помощью кернера, так как нет лучшего инструмента. Если конец кернера имеет конусность шестьдесят градусов, таким способом можно сформировать приемлемый центр, но это не рекомендуется, особенно когда требуется точная работа. Иногда центры делают кернерами, которые слишком тупые, в результате чего получается мелкий центр, как показано на верхнем левом рисунке на рис. 27. В этом случае вся нагрузка приходится на острие центра станка, что является наихудшим вариантом. Другой способ — просто просверлить прямое отверстие, как на верхнем рисунке справа; это также плохая практика во многих отношениях. На нижнем рисунке справа показана форма центра, которая часто встречается в торцах оправок токарных станков: входное отверстие центра закруглено (r), а торец оправки имеет углубление, как показано на рисунке. Закругленный угол предотвращает задевание острия центра станка при быстром перемещении к детали, которая удерживается не совсем по центру (как показано на иллюстрации), а торец имеет углубление для защиты центра от повреждений. Изогнутый материал всегда следует выпрямлять перед сверлением и раззенковкой центров. Если деталь сначала центрируется, а затем выпрямляется, опора на центр станка будет такой, как показано на рис. 29. Центр будет изнашиваться неравномерно, в результате чего поверхности, проточенные последними, не будут концентричны тем, которые были обработаны первыми.
Рис. 30. Инструментальная сталь должна быть центрована концентрично, чтобы удалить обезуглероженный внешний слой
Меры предосторожности при центровании инструментальной стали. — Обычно центры располагаются так, чтобы заготовка вращалась приблизительно без биения перед точением, но при центровании инструментальной стали, которая будет использоваться для изготовления инструментов, таких как развертки, фрезы и т. д., требующих закалки, следует проявлять особую осторожность, чтобы шероховатая поверхность вращалась достаточно ровно. Это делается не просто для того, чтобы деталь «выровнялась», так как существует более важное соображение, пренебрежение которым часто влияет на качество готового инструмента. Как известно, степень твердости куска инструментальной стали, который был нагрет, а затем быстро охлажден, зависит от количества содержащегося в нем углерода: сталь с высоким содержанием углерода становится намного тверже, чем та, которая содержит меньше углерода. Более того, количество углерода на поверхности и на некоторой глубине под поверхностью стального прутка меньше, чем содержание углерода в остальной части прутка. Это схематически проиллюстрировано на рис. 30 заштрихованной областью на левом рисунке. (Это обезуглероживание, вероятно, связано с воздействием кислорода воздуха на пруток в процессе производства.) Если заготовка для развертки центрована так, что инструмент удаляет обезуглероженную поверхность только с одной стороны, как показано справа, то, очевидно, когда развертка будет готова и закалена, зубья на стороне A будут тверже, чем на противоположной стороне, чего не было бы, если бы необработанный пруток был центрован правильно. Чтобы избежать подобных проблем, материал, который будет использоваться для закаленных инструментов, должен быть достаточно больше чистового диаметра и центрован так, чтобы этот обезуглероженный слой был полностью удален при точении.
Рис. 31. Три метода подрезки торцов
Подрезка торцов центрованной заготовки. — Поскольку деталь не считается правильно центрованной, пока торцы не подрезаны начисто, мы рассмотрим эту операцию в связи с центрованием. Некоторые токари предпочитают центры станка, которые срезаны, как показано на рис. 31 (A), чтобы острие подрезного резца можно было подать достаточно далеко для подрезки торца вплотную к центровому отверстию. Другие, вместо использования специального центра, просто слегка ослабляют обычный, а затем, установив резец в положение B, подрезают выступающий «пятачок», подавая одновременно резец и центр внутрь, как показано стрелкой. При использовании этого метода следует соблюдать осторожность и удалять из центрового отверстия стружку, которая могла туда попасть. Метод, который избавляет от необходимости ослаблять обычный центр или использовать специальный, заключается в обеспечении зазора для острия резца путем заточки его под углом примерно сорок пять градусов, как показано в C. Если резец установлен не слишком высоко, его можно подать вплотную к центру станка и без труда подрезать торец. Что касается специального центра A, то использования специальных инструментов и приспособлений всегда следует избегать, если только они не обеспечивают экономию времени или если их использование не позволяет достичь того же результата с меньшими усилиями.
Правка центров токарного станка. — Центрам токарного станка следует уделять пристальное внимание, особенно когда необходимо выполнять точные работы. Если центр передней бабки не вращается без биения вместе с деталью, можно проточить круглую поверхность, но если положение поводковой собачки относительно планшайбы изменится, проточенная поверхность будет иметь биение, поскольку она не концентрична центрам детали. Более того, если необходимо перевернуть деталь для чистовой обработки поводкового конца, последняя проточенная часть будет эксцентрична по отношению к первой. Поэтому центры станка должны поддерживаться в исправном состоянии, чтобы получать проточенные поверхности, которые являются точными или концентричными по отношению к центровым отверстиям, так как часто возникает необходимость переустанавливать деталь «другим концом» для чистовой обработки, и любое биение между различными поверхностями во многих случаях испортит работу.
Рис. 32. Шлифовальный станок для правки центров токарного станка
Некоторые токарные станки оснащены закаленными центрами как в передней, так и в задней бабке, а другие имеют только один закаленный центр, который находится в задней бабке. Цель использования мягкого или незакаленного центра передней бабки состоит в том, чтобы позволить править его путем точения, но поскольку мягкий центр довольно легко повредить и он требует правки чаще, чем закаленный, лучше иметь оба центра закаленными. Для правки этих закаленных центров используются специальные шлифовальные станки. Один из типов, который очень прост и легко устанавливается на токарный станок, показан на рис. 32. Этот шлифовальный станок закрепляется в резцедержателе токарного станка и приводится в действие колесом A, которое находится в контакте со ступенчатым шкивом. Наждачный круг B перемещается в положение для шлифования путем регулировки суппорта и поперечных салазок и перемещается вдоль конической поверхности центра с помощью рукоятки C. По мере шлифования круг слегка подается внутрь путем манипулирования поперечными салазками.
Этот шлифовальный станок устанавливается под нужным углом путем размещения двух центрованных концов D и D1 между центрами токарного станка, которые должны быть выровнены, как для прямого точения. Шпиндель шлифовального станка будет тогда находиться под углом 30 градусов к оси шпинделя токарного станка. Шлифовальный станок должен быть тщательно закреплен в резцедержателе, чтобы он оставался в положении, заданном центрованными концами. После того как центр задней бабки отведен, наждачный круг регулируется для шлифования. Поскольку шпиндель круга находится под углом 30 градусов к оси шпинделя токарного станка, центр станка не только шлифуется без биения, но и доводится до угла 60 градусов, что является стандартным углом для центров токарного станка. На рынке существует много других стилей центровых шлифовальных станков, некоторые из которых приводятся в действие небольшим ремнем от ступенчатого шкива, а другие — электродвигателями, которые подключаются к обычным осветительным сетям. Центр задней бабки шлифуется путем вставки его в шпиндель вместо центра передней бабки. Перед тем как центр будет установлен обратно в свой шпиндель, отверстие должно быть идеально чистым, так как даже небольшая частица грязи может повлиять на соосность. Центр в передней бабке обычно называют «вращающимся центром», потому что он вращается, когда станок используется, а центр в задней бабке — «неподвижным центром», потому что он остается неподвижным.
Рис. 33. (A) Токарный патрон. (B) Кулачок планшайбы
Универсальные, независимые и комбинированные патроны. — Многие детали, которые обрабатываются на токарном станке, имеют такую форму, что их нельзя удерживать между центрами станка, как валы и другие подобные детали, и часто возникает необходимость удерживать их в патроне A (рис. 33), который навинчивается на шпиндель станка вместо планшайбы. Деталь зажимается кулачками J, которые можно перемещать внутрь или наружу для установки на различные диаметры. Обычно на токарном станке используются три класса патронов, известные как независимые, универсальные и комбинированные. Независимый патрон назван так потому, что каждый кулачок можно регулировать независимо от других, вращая винты кулачков S с помощью ключа. Кулачки универсального патрона перемещаются все вместе и сохраняют одинаковое расстояние от центра, и их можно регулировать, вращая любой из винтов S, тогда как в независимом типе ключ патрона должен быть применен к каждому винту кулачка. Комбинированный патрон, как следует из названия, может быть перенастроен для работы либо как независимый, либо как универсальный тип. Преимущество универсального патрона заключается в том, что круглые и другие детали однородной формы устанавливаются в центральное положение для точения без какой-либо регулировки. Однако независимый тип в некоторых отношениях предпочтительнее, так как он обычно прочнее и приспособлен для удержания деталей необычной формы, поскольку каждый кулачок можно установить в любое требуемое положение.
Рис. 34. (A) Радиальная подрезка. (B) Растачивание шкива, закрепленного в патроне
Применение патронов. — В качестве примера работы в патроне предположим, что стороны диска D (рис. 34) должны быть проточены плоско и параллельно друг другу и что должен использоваться независимый патрон. Сначала патрон навинчивается на шпиндель станка после снятия планшайбы. Затем кулачки патрона перемещаются наружу или внутрь, в зависимости от ситуации, достаточно далеко, чтобы принять диск, и каждый кулачок устанавливается примерно на одинаковом расстоянии от центра с помощью концентрических окружностей на торце патрона. Затем кулачки затягиваются, пока диск удерживается прижатым к ним, чтобы привести грубую внутреннюю поверхность в вертикальную плоскость. Если деталь довольно тяжелая, ее можно удерживать прижатой к патрону перед затягиванием кулачков, вставив кусок дерева между ней и центром задней бабки; затем последний выдвигается достаточно далеко, чтобы прижать деталь. Внешняя или периферийная часть диска должна вращаться почти без биения, и может потребоваться переместить кулачки внутрь с одной стороны и наружу с другой, чтобы привести диск в центральное положение. Чтобы проверить его положение, станок запускается на умеренной скорости, и кусок мела удерживается рядом с внешней поверхностью. Если последняя имеет биение, «высокая» сторона будет отмечена мелом, и эта отметка может служить ориентиром при регулировке кулачков. Следует помнить, что кулачки перемещаются только на половину величины биения детали.
Рис. 35. Резцы, заточенные так, что передняя поверхность наклонена от рабочей части режущей кромки
Для радиальной подрезки или токарных операций показанного типа можно использовать проходной резец t с закругленной вершиной. Этот резец похож на форму, используемую при точении в центрах, основное различие заключается в направлении наклона передней поверхности. Резец для радиальной подрезки должен быть заточен с наклоном вниз к a (см. рис. 35), тогда как обычный токарный резец имеет наклон к b, причем наклон в каждом случае направлен от той части режущей кромки, которая выполняет работу. Режущая кромка должна быть на той же высоте, что и центры станка, а резание осуществляется путем подачи резца снаружи к центру. Резание начинается вручную, а затем включается механическая подача, за исключением небольших поверхностей. Первый проход должен, если возможно, быть достаточно глубоким, чтобы пройти под корку, особенно при точении чугуна, так как резец, который только слегка касается твердой внешней поверхности, затупится за сравнительно короткое время.
Если бы требовалось просто проточить ровную плоскую поверхность и толщина диска не имела бы значения, было бы достаточно двух проходов, если только поверхность не была очень неровной, причем первый или черновой проход сопровождался бы легким чистовым проходом. Для чистового прохода можно было бы использовать тот же резец, но если нужно было бы подрезать несколько дисков, вероятно, лучше было бы использовать подрезной резец F (рис. 35). Этот тип имеет широкую плоскую режущую кромку, которая устанавливается параллельно грубо проточенной поверхности, и эта широкая кромка позволяет использовать грубую подачу, тем самым сокращая время, необходимое для чистового прохода. Если бы грубая подача выполнялась круглым резцом, на проточенной поверхности остались бы спиральные канавки, тогда как при широкой режущей кромке получается гладкая поверхность, даже если подача грубая. Величина подачи на оборот детали, однако, всегда должна быть меньше ширины w режущей кромки. Очень часто широкие резцы нельзя использовать для чистовых проходов, особенно при точении стали, потому что их больший контакт вызывает вибрацию и приводит к шероховатости поверхности. Старый и изношенный станок более склонен к вибрации, чем тяжелый и хорошо построенный, и поскольку диаметр детали также имеет значение, широкий резец не всегда можно использовать для чистовой обработки, даже если теоретически это было бы предпочтительнее. После того как одна сторона диска закончена, он переворачивается в патроне, при этом обработанная поверхность прижимается к кулачкам. Затем протачивается оставшаяся грубая сторона, при этом при начале первого прохода следует соблюдать осторожность и измерять толщину диска в нескольких точках, чтобы убедиться, что две стороны параллельны.
Пример растачивания. — Еще один пример работы в патроне показан в B на рис. 34. В этом случае в чугунном шкиве необходимо расточить точное отверстие h через ступицу. (Чистовая обработка внутренних цилиндрических поверхностей на токарном станке называется растачиванием, а не точением.) Отливка должна быть установлена без биения по ободу, а не по грубому литому отверстию в ступице; это можно сделать с помощью мела, как объяснялось ранее. Даже если бы использовался универсальный тип патрона, кулачки которого, как мы помним, являются самоцентрирующимися, может потребоваться повернуть шкив относительно патрона, так как отливка иногда имеет биение из-за неровностей или выступов, которые случайно попадают под один или несколько кулачков.
Рис. 36. Расточной резец
Форма резца t для растачивания сильно отличается от формы резца, используемого для наружного точения, как показано на рис. 36. Режущий конец цельного типа резца выкован примерно под прямым углом к корпусу или хвостовику, а передняя поверхность заточена с наклоном от рабочей части w режущей кромки, как и практически у всех токарных резцов. Передняя часть или задняя грань f также заточена для обеспечения зазора режущей кромки. Этот тип резца зажимается в резцедержателе так, что корпус расположен примерно параллельно шпинделю станка, и обычно режущая кромка должна быть примерно на высоте центра отверстия или, если что, немного ниже. При начале резания резец подводится к детали путем перемещения суппорта, а затем регулируется радиально для получения правильной глубины резания путем смещения поперечных салазок. Затем используется механическая подача суппорта, при этом резец подается назад через отверстие, как показано стрелкой на рис. 34. В этом случае, как и при всех токарных операциях, первый проход должен быть достаточно глубоким, чтобы удалить твердую внешнюю корку по всей поверхности отверстия. Обычно грубо литое отверстие настолько меньше чистового размера, что требуется несколько проходов; в любом случае последний или чистовой проход должен быть очень легким, чтобы предотвратить отпружинивание резца от детали, чтобы отверстие было как можно более точным. Расточные резцы, особенно для небольших отверстий, не такие жесткие, как те, что используются для наружного точения, так как резец должен быть достаточно маленьким, чтобы войти в отверстие, и по этой причине приходится брать сравнительно легкие проходы. При растачивании небольшого отверстия следует использовать самый большой резец, который может войти в него без помех, чтобы получить максимально возможную жесткость.
Рис. 37 (A) Установка наружных кронциркулей. (B) Перенос измерений на внутренние кронциркули. (C) Микрометрический калибр
Рис. 38. Стандартный пробковый калибр
Измерение расточенных отверстий. — Диаметры небольших растачиваемых отверстий обычно измеряются внутренними кронциркулями или стандартными калибрами. Если шкив растачивается под какой-либо вал, диаметр вала сначала измеряется с помощью наружных кронциркулей, как показано в A на рис. 37, при этом измерительные точки кронциркулей регулируются до тех пор, пока они не коснутся вала при прохождении над ним. Затем внутренние кронциркули устанавливаются, как в B, в соответствии с размером вала, и отверстие растачивается настолько, чтобы легко входили внутренние кронциркули. Очень точные измерения можно сделать с помощью кронциркулей, но чтобы стать экспертом в их использовании, требуется опыт. Некоторые механики никогда не становятся профессионалами в искусстве измерения кронциркулями, потому что у них «тяжелые» руки и им не хватает чувствительности и тонкости осязания, которые необходимы. Для больших отверстий часто используется калибр C, длина l которого регулируется до желаемого диаметра. Небольшие отверстия часто растачиваются под закаленные стальные пробковые калибры (рис. 38), цилиндрические измерительные концы которых изготовлены с большой точностью по стандартным размерам. Этот тип калибра особенно полезен, когда необходимо расточить несколько отверстий до одного и того же размера, при этом все отверстия делаются настолько большими, чтобы они подходили к калибру без заметного люфта.