Adobe PDF

a
Strojní obrábění
1. Základy teorie třískového obrábění
1.1
Pohyby při strojním obrábění
Různé části strojů, přístrojů a zařízení, ale také výrobky denní potřeby se vyrábějí
obráběním na obráběcích strojích, kterými se dosahuje vyšší tvarová i rozměrová přesnost a
požadovaná kvalita povrchu.
Pod pojmem obrábění rozumíme technologický proces, při kterém řezná síla vtlačuje
nástroj ve tvaru řezného klínu do povrchu polotovaru a odebírá z něj při vzájemném pohybu
polotovaru a nástroje materiál v podobě třísky.
Obráběný předmět nazýváme obrobkem; hranu nástroje, kterou je odřezávána tříska,
nazýváme ostřím a vzájemný pohyb mezi nástrojem a obrobkem řezným pohybem.
Při obrábění vznikají určité charakteristické plochy.
Jsou to obráběná, obrobená a řezná plocha.
Obr. 1 Plochy při obrábění
1 – obráběná plocha; 2 – obrobená plocha; 3 – řezná plocha
Obráběná plocha je část obrobku a řezáním se z ní odstraňuje přebytečný materiál.
Řezná plocha vzniká při obrábění břitem nástroje a tvoří přechod mezi obráběnou a
obrobenou plochou.
Obrobená plocha vznikne obráběním obráběné plochy nástrojem.Vytvoří se na povrchu
obrobku po odstranění přídavku na obrábění.
3
Relativní pohyb nástroje nebo obrobku určovaný řeznou rychlostí a podmiňující řezný proces
nazýváme hlavní řezný pohyb. Tento pohyb může konat buď nástroj nebo obrobek a nebo
současně nástroj i obrobek.
1.1.1 Pohyby při soustružení:
– hlavním pohybem je otáčivý pohyb obrobku
– vedlejší pohyb koná nástroj; je to pohyb posuvný
– přísuv je vykonáván nástrojem a slouží k nastavení hloubky řezu
1.1.2 Pohyby při frézování:
– hlavním pohybem je otáčivý pohyb nástroje
– vedlejší posuvný pohyb vykonává nejčastěji obrobek
– přísuv je zajištěn nastavením obrobku na hloubku řezu
Obr. 2 Pohyby pro jednotlivé způsoby obrábění
1 – hlavní řezný pohyb; 2 – vedlejší řezný pohyb (posuv) 3 - přísuv
Velikost posuvu se udává:
– mm na jednu otáčku obrobku (soustružení) nebo nástroje (frézování,vrtání)
– mm/min jako posuvová rychlost pracovního stolu nebo suportu obráběcího stroje
– mm na zub nástroje; dráha v mm, kterou urazí obrobek při pohybu do záběru za
pootočení frézy o jednu zubovou rozteč
Přísuv je pohyb, kterým se nástroj nebo obrobek nastavuje na žádanou hloubku řezu. Není
složkou řezného pohybu. Je to vedlejší pohyb umožňující vzájemné nastavení obrobku a
4
nástroje,nastavení hloubky úběru. Přísuv se nastavuje mimo vlastní proces obrábění, a proto
neovlivňuje řezný pohyb.
Obr. 3 Určení rychlosti řezného pohybu
a – soustružení, b – vrtání, vf – rychlost posuvu, v – rychlost hlavního pohybu,
ve – rychlost řezného pohybu
Výslednou rychlost řezného pohybu určíme ze vztahu:
ve = v + vf
v je rychlost hlavního řezného pohybu
vf je rychlost posuvu
Obr. 4 Určení rychlosti posuvu
Určení rychlosti posuvu při
soustružení
Určení velikosti posuvu při
frézování
Je-li hlavní pohyb rotační, roste rychlost se vzdáleností uvažovaného bodu řezné hrany od osy
otáčení. Za rychlost hlavního pohybu potom považujeme rychlost tohoto bodu řezné hrany,
který má největší vzdálenost od osy otáčení.
Vzhledem k tomu, že rychlost posuvu bývá proti rychlosti hlavního pohybu většinou velmi
malá, zanedbáváme ji při výpočtu výsledné rychlosti řezného pohybu, takže platí: ve = v
Řezná rychlost je tedy totožná s rychlostí hlavního řezného pohybu
5
Kontrolní otázky:
1. Vysvětlete podstatu obrábění
2. Vyjmenujte základní plochy na obrobku
3. Z kterých pohybů je složen řezný pohyb?
4. Uveďte základní pohyby při soustružení a frézování
1.2
Princip oddělování materiálu, vznik třísky
Fyzikální podstata procesu obrábění
Při procesu obrábění dochází k oddělování částic materiálu z obrobku. Oddělená část
materiálu tvoří třísku. Soudržnost jednotlivých elementů třísky závisí na fyzikálních,
chemických a dalších vlastnostech obrobku, na řezných podmínkách a na geometrii řezného
nástroje.
Podstata tvoření třísky – druhy třísek
Činná část každého řezného nástroje má tvar klínu, který vniká do obráběného materiálu.
Dochází k porušení soudržnosti částic obráběného materiálu a postupně se odděluje určitá
vrstva materiálu. Oddělované částice jsou na čele řezného nástroje pěchovány a deformují se
v třísku.
Charakter řezání závisí především na obráběném materiálu; na jeho průběh však mají
vliv i další činitelé - druh řezného nástroje a jeho geometrie,řezné podmínky, řezné prostředí a
další. Je třeba zdůraznit, že fyzikálně-mechanické vlastnosti materiálu nezůstávají konstantní,
ale působením vznikajících napětí, deformací a teploty se mění. To samozřejmě ovlivňuje
tvoření třísky.
Vznik třísky a její oddělování od základního materiálu lze rozdělit do několika fází:
–
pěchování a deformace materiálů pod břitem nástroje
–
vznik předběžné trhlinky v okamžiku překonání napjatosti materiálu řeznou silou
–
oddělování a smyk částic kovu
–
skluz oddělené části třísky po čele břitu nástroje
–
odchod třísky z místa řezu
6
Obr. 5 Deformace částic materiálu v třísce
Obr. 6 Směr tvoření třísky
1.2.1 Druhy třísek
Podle způsobu oddělování obráběného materiálu a podle napjatosti v místě řezání
vzniká tříska odlamovaná nebo stříhaná.
Odlamovaná tříska vzniká při obrábění křehkých materiálů. Částice těchto křehkých
obráběných materiálů se oddělí bez předchozí plastické deformace. Odlamované třísky
vznikají jako samostatné částice materiálu, které jsou tlakem břitu nástroje odlamovány z
obráběného povrchu obrobku. Tvar i velikost částic záleží na vlastnostech obráběného
materiálu a na řezných podmínkách. Vyskytují se ve tvaru šupin, úlomků nebo malých zrnek.
Obrobená plocha je drsná.
Stříhaná tříska vzniká při obrábění materiálů, u nichž je stav v oblasti řezání plastický. Podle
stupně plastičnosti obráběného materiálu a podle souvislosti a soudržnosti částic dělíme
stříhané třísky na drobivé, článkovité, plynulé.
Drobivá (elementární) tříska se skládá z řady postupně odlamovaných částic.
Článkovitá tříska se skládá z jednotlivých částic, které se odlišují vrstvami na vnitřní straně
třísky. Na straně čela nástroje je hladká,na vnější straně je stupňovitá, snadno se láme na
menší části.
Plynulá tříska tvoří souvislý pás, v němž jsou jednotlivé částice pevně spojeny. Má tvar
dlouhých přímých pásů nebo se stáčí do různých tvarů šroubovic, do spirál.
Plynulé třísky nejsou z hlediska obsluhy stroje a bezpečnosti práce vhodné. Namotávají se na
obrobek a mohou způsobit i úraz, rovněž mohou poškodit i obráběcí stroj. Nejvhodnější je
tříska drobivá, která se dá lehce odstraňovat z pracovního prostoru obráběcího stroje.
Při optimálních řezných podmínkách nemusí však vždy vzniknout tříska vhodného tvaru.
Proto se používají různé konstrukční úpravy nástrojů, které zabezpečují tvarování třísky.
Říkáme jim utvářeče a lamače třísek nebo také děliče třísky.
7
Obr. 7 Utvářeč třísky
a – žlábkový utvářeč, b – lamač třísky, c – stupínkový utvářeč
Kontrolní otázky:
1. Jak vzniká tříska?
2. Jaké druhy třísek znáte?
3. Čím je možné ovlivnit tvar třísek?
1.3
Geometrie řezného nástroje
Má-li
nástroj
(soustružnický
nůž,
Obr. 8 Řezná část a těleso různých řezných nástrojů
fréza,…) co nejlépe obrábět, musí mít
jeho řezná část neporušené ostří, co
nejhladší čelo a hlavní hřbet a zejména
správnou geometrii, tj. řezné úhly.
Soustružnický nůž, fréza, vrták,….
může mít různý tvar a velikost. Každý
nástroj se obvykle skládá z tělesa a z
řezné části, která při obrábění vniká do
materiálu obrobku a odděluje z něho
třísky.
1 – soustružnický nůž, 2 – šroubovitý vrták, 3 – válcová
fréza, a – řezná část nástroje, b – těleso
8
1.3.1 Geometrie soustružnického nože
Na soustružnickém noži rozeznáváme tyto důležité plochy:
a/ čelo nože, tj. plocha, po níž odchází tříska
b/ hlavní hřbet nože, tj. plocha řezné části obrácená směrem k řezné ploše obrobku
c/ vedlejší hřbet nože, tj. plocha řezné části odvrácená od řezné plochy obrobku
Plocha spodní části tělesa nože, kterou nůž dosedá v nožové hlavě, se nazývá ložná plocha a
je obvykle broušená.
Průsečnice čela se hřbetem nože je ostří (řezná hrana). Řezná část soustružnického nože má
hlavní ostří a vedlejší ostří.
Obr. 9 Základní tvar soustružnického nože
1 – nožový držák, 2 – základna,
3 – hlavní ostří, 4 – hlavní hřbet
nože, 5 – špička nože, 6 – vedlejší
hřbet nože 7 – vedlejší ostří,
8 – čelo nože
Hlavními řeznými úhly jsou úhel břitu, hřbetu, čela a úhel řezu. Všechny tyto úhly se
měří v rovině, která je kolmá k hlavnímu ostří a k ložné ploše nože. Velikost řezných úhlů
nože má velký vliv na jakost obrobené plochy a na výkon nože. Při jejich volbě se přihlíží
zejména k druhu obráběného materiálu.
Úhel břitu β je úhel, který svírá hlavní hřbet s čelem nože. Jeho velikost má vliv na odpor,
který klade materiál obrobku při obrábění. Čím menší je úhel břitu, tím snáze břit nástroje
vniká do materiálu. Na druhé straně však břit nástroje s příliš malým úhlem břitu je málo
pevný, může se snadno ulomit a příliš brzy se otupuje, zejména při obrábění velmi pevných a
tvrdých materiálů. Jeho velikost bývá nejčastěji 45° až 90°.
Hlavní úhel hřbetu α je úhel mezi hlavním hřbetem nože a tečnou k řezné ploše obrobku.
Tento úhel má vliv na velikost tření mezi hlavním hřbetem a řeznou plochou. Čím větší je
úhel hřbetu,tím menší je tření mezi oběma plochami a tím méně se nůž zahřívá.Velikost úhlu
hřbetu bývá nejčastěji 4° až 10°.
Úhel čela χ je úhel mezi čelem nože a rovinou procházející hlavním ostřím, která je kolmá k
řezné ploše obrobku. Jeho velikost má vliv na směr odváděné třísky a na odpor materiálu
obrobku proti vnikajícímu břitu nástroje. Čím větší je úhel čela, tím snadněji odchází tříska po
čele nástroje a nástroj se méně zahřívá.Větší úhel čela však zeslabuje břit nástroje, takže se
9
jeho pevnost zmenšuje. Pro obrábění měkkých a málo pevných materiálů se volí poměrně
velký úhel čela, pro pevné a tvrdé materiály bývá jen několik stupňů, popř. je nulový.
Záporný (negativní) úhel čela mají většinou nože ze slinutého karbidu, kterými se obrábí
materiály obtížně obrobitelné, popř. obrobky s přerušovanými povrchy.
Úhel řezu δ je úhel mezi čelem nástroje a tečnou k řezné ploše obrobku. Jeho velikost se
rovná součtu úhlů hřbetu a břitu: δ = α + β
Úhel čela a hřbetu soustružnického nože lze měnit nejenom ostřením, ale také výškovým
nastavením; nastavíme-li nůž nad osu soustružení, zvětší se jeho úhel čela, kdežto úhel hřbetu
a tím i úhel řezu se zmenší. Nastavíme-li nůž pod osu soustružení, dojde k obrácené změně.
Kromě hlavních řezných úhlů existují ještě další úhly soustružnického nože.
Obr. 10 Geometrie soustružnického nože
a – úhly nože, b – záporný úhel čela, c – fasetka se záporným
úhlem čela, d – nastavení nože vzhledem k ose soustružení,
e – nastavení nože nad osou soustružení, f – nastavení nože
pod osou soustružení, g – úhel nastavení nože, úhel špičky
nože, vedlejší úhel nastavení, vedlejší úhel hřbetu, h –
záporný úhel sklonu hlavního ostří, i – nulový úhel sklonu
hlavního ostří, j – kladný úhel sklonu hlavního ostří
10
Hlavní úhel nastavení κ (kappa) je úhel mezi hlavním ostřím a směrem posuvu. Tento úhel
ovlivňuje mimo jiné velikost radiální složky řezné síly.
Vedlejší úhel nastavení κ1 je úhel mezi vedlejším ostřím a směrem posuvu nože. Má vliv na
tření vedlejšího ostří o obrobenou plochu obrobku.
Úhel špičky nože ε (epsilon) je úhel mezi hlavním a vedlejším ostřím nože měřený v průmětu
do základní roviny.
Úhel sklonu hlavního ostří λ je úhel mezi hlavním ostřím a rovinou rovnoběžnou s ložnou
plochou nože a procházející jeho špičkou.Tento úhel může být buď kladný, je-li špička nože
nejvyšším bodem ostří, nebo se může rovnat nule, je-li hlavní ostří rovnoběžné se základní
rovinou, a nebo je záporný, je-li špička nože nejnižším bodem ostří.Záporné hodnoty tohoto
úhlu se volí v případě hrubování pevných a obtížně obrobitelných materiálů. Úhel sklonu
hlavního ostří má rovněž vliv na směr odvíjení třísky.
1.3.2 Geometrie zubu frézy
Každý zub frézy je v
podstatě
samostatný
Obr. 11 Tvar a geometrie zubu fréz
jednoduchý nůž, který
je vždy po určitou část
otáčky
ve
styku
s
obráběným
materiálem. Základní
tvar zubu frézy závisí
na
způsobu
jeho
výroby - tj. na tom,
zda
byl
vyroben
frézováním
nebo
podsoustružením
hřbetě.
Čelo
na
zubu
frézy může být rovné
nebo lomené. Stejně tak hřbet zubu. Zábřit je úzká, jemně zbroušená část hřbetu frézovaného
zubu za ostřím. Zubová drážka je prostor mezi jednotlivými zuby, kudy odcházejí odříznuté
třísky. Geometrie zubů frézy je dána úhlem čela χ, hřbetu α, úhlem břitu β.
Mezi základními úhly tvořícími geometrii řezného nástroje platí vztah: α + β + γ = 90°
11
Kontrolní otazky:
1. Jaké jsou základní řezné úhly tvořící geometrii nástroje?
2. Jak ovlivňují tyto úhly průběh obrábění?
3. Zakresli a zakótuj geometrii soustružnického nože a frézy.
1.4
Řezná síla, řezný odpor
K tvoření třísky a jejímu odvádění z místa řezu se spotřebuje určité množství práce, která
je potřebná k překonání odporu materiálu proti vnikání břitu nástroje do povrchu obrobku.
Tento odpor materiálu se nazývá řezný odpor R a síla, která je potřebná k překonání tohoto
odporu , se nazývá řezná a značí se F.
Znalost silových poměrů řezání je potřebná zejména:
– ke stanovení pevnosti a tuhosti konstrukce obráběcího stroje, jeho jednotlivých součástí
– ke stanovení pevnosti a tuhosti upínačů nástroje i obrobku
– k návrhu a pevnostnímu výpočtu nástrojů
– ke stanovení vhodných řezných podmínek k dosažení požadované přesnosti obrábění
apod.
Je třeba zdůraznit, že řezné síly a řezné odpory nejsou konstantní, ale naopak v průběhu
obrábění jsou proměnné v závislosti na změně jak původních vlastností obráběného
materiálu(např. teplem apod.), tak i nástroje (např. opotřebením apod.), zejména však na tvaru
polotovaru, jeho upnutí, tuhosti obráběcího stroje apod.
Řezný odpor při obrábění je v podstatě složen:
1. z odporu obráběného materiálu proti plastické deformaci při vytváření třísky
2. z odporu proti tření mezi čelem nástroje a třískou a hřbetem nástroje a obrobenou
plochou
Řezné síly, které překonávají řezné odpory při obrábění, působí na nástroj, obrobek, stroj
i upínací pomůcky a ovlivňují tuhost celé této soustavy, a tím i přesnost obrábění.
1.4.1 Řezná síla
Výsledná řezná síla F je tvořena třemi složkami, které jsou navzájem kolmé a leží v
souřadných osách x, y a z - jsou to:
axiální složka Fx je rovnoběžná se směrem vedlejšího řezného pohybu - posuvu
radiální složka Fy je kolmá na osu rotace obrobku (při soustružení) nebo na osu rotace
nástroje ( při frézování, vrtání ) a způsobuje vzájemné odtlačování nástroje a obrobku
tangenciální složka Fz je tečná na směr hlavního řezného pohybu
12
Vzájemný vztah složek je dán rovnicí:
F = √ Fx2+Fy2 + Fz2
Vzájemný poměr jednotlivých složek řezné síly je proměnný a je závislý na geometrii
břitu nástroje. Pro úhel nastavení hlavního ostří χ = 45° bývá poměr jednotlivých složek v
průměru
Fx : Fy : Fz = 1 : 2 : 4. Největší význam má složka Fz , která určuje s dostatečnou
přesností velikost kroutícího momentu u rotačního způsobu obrábění ( soustružení, frézování,
vrtání ) a spolu s řeznou rychlostí určuje příkon elektromotorů obráběcího stroje potřebný k
obrábění: P = Fz . v
Obr. 12 Celková řezná síla a řezný odpor
F – celková řezná síla, Fx, Fy, Fz – kolmé
složky celkové řezné síly, R – řezný odpor,
Rx, Ry, Rz – kolmé složky řezného odporu
1.4.2
Řezný odpor
Je to odpor, který klade materiál obráběného polotovaru proti oddělování třísky. Řezný
odpor je závislý na mnoha činitelích, především na vlastnostech obráběného materiálu, na
řezných podmínkách, na geometrii břitu nástroje. Z řezných podmínek pro daný druh
obráběného materiálu je řezný odpor nejvíce závislý na tloušťce třísky.
Řeznou sílu lze určit výpočtem nebo přímým, případně nepřímým měřením.
Kontrolní otázky:
1. Z jakých složek je tvořena výsledná řezná síla?
2. Čím je ovlivněna velikost jednotlivých složek?
3. Co je řezný odpor, na čem je závislý?
13
1.5
Druhy řezných materiálů, konstrukce nástrojů
Při obrábění je nástroj značně mechanicky i tepelně namáhán. Aby nástroj byl schopen
vykonávat svou funkci, musí být vyroben z vhodného nástrojového materiálu.
Mezi základní vlastnosti nástrojových materiálů patří:
– tvrdost; musí být podstatně vyšší než tvrdost obráběného materiálu
– odolnost vůči opotřebení
– vyhovující pevnost v tlaku a ohybu
– dobrá tepelná vodivost a tepelná odolnost
Vzhledem k tomu, že břit je nejdůležitější částí nástroje, je třeba volbě materiálu břitu
věnovat náležitou pozornost. Na břitu závisí průběh vlastního procesu obrábění, produktivita
a hospodárnost obrábění. Vlastnostem řezných materiálů, tj. tvrdosti, pevnosti, houževnatosti,
odolnosti proti otěru a tepelné vodivosti, se říká souhrnně řezivost.
Žádný z řezných materiálů není tak univerzální, aby byl vhodný k obrábění všech
materiálů. Existuje celá řada řezných materiálů lišících se svými vlastnostmi, a tím i
vhodností použití pro obrábění konkrétního materiálu.
1.5.1 Nástrojové oceli slitinové (legované)
Pro třískové obrábění jsou z nich nejužívanější rychlořezné oceli (RO). Podle obsahu a
množství legujících prvků ( Cr, V, Mn, Mo,W,…) se dělí na RO:
– pro běžné výkony
– výkonné
– vysoce výkonné
S nástroji zhotovenými z rychlořezných ocelí lze obrábět až do teploty 600° C.
1.5.2 Slinuté karbidy (SK)
Jsou nekovové řezné materiály vyráběné práškovou metalurgií z karbidů těžkých kovů:
karbidu wolframu, karbidu titanu, karbidu tantalu, pojivem je kobalt. Zvyšováním obsahu
kobaltu u slinutých karbidů roste jejich pevnost a houževnatost, ale současně klesá jejich
tvrdost. Po konečném slinování lze slinuté karbidy tvarově a rozměrově upravovat jen
broušením, elektroerozivním obráběním a lapováním. Tepelná odolnost SK je 800°–1000° C.
Jsou vyvíjeny stále nové druhy slinutých karbidů s větší otěruvzdorností a houževnatostí.
Pro třískové obrábění se slinuté karbidy zhotovují ve formě řezných destiček různého
tvaru a velikosti v souvislosti se způsobem obrábění. Destičky je možné k tělesům fréz,
držákům soustružnických nožů připevnit pájením, především však jsou připevňovány
mechanickým způsobem - pomocí příložek, šroubů apod. To umožňuje několikeré otočení
14
destičky při otupení konkrétní řezné hrany. Takovým destičkám říkáme vyměnitelné břitové
destičky.
Obr. 13 Tvary vyměnitelných destiček
a – hranolová, b – destička komolého jehlanu, c - trojúhelníková
Obr. 14 Ukázka osazení frézovací hlavy a soustružnického nože vým. destičkami
Soustava ISO rozděluje slinuté karbidy pro třískové obrábění podle chemického složení
do tří skupin označených písmeny:
– P; slinuté karbidy wolframotitanové, vhodné pro obrábění především ocelí
– M; slinuté karbidy univerzální (pro oceli i litiny)
– K slinuté karbidy wolframové, vhodné pro obrábění tvrdých, křehkých materiálů
15
Kromě označení písmenem jsou vlastnosti SK určité skupiny ještě rozlišeny číselným
indexem.
Tab. 1 Rozdělení slinutých karbidů k obrábění
Za účelem zvýšení otěruvzdornosti jsou břitové destičky ze slinutých karbidů opatřeny
jedním nebo vícevrstvým povlakem karbidu titanu, nitridu titanu nebo oxidu hlinitého.
1.5.3 Keramické řezné materiály
Zachovávají tvrdost i při teplotách 1 000° až 1 200° C. Pro jejich výrobu je výchozí
surovinou oxid hlinitý (Al2O3). Vyrábějí se práškovou metalurgií, slinováním lisovaných
prášků do tvaru řezných destiček.
Keramické řezné materiály se vyznačují malou pevností v ohybu a velkou křehkostí.
Nejsou proto vhodné k obrábění přerušovaným řezem a k obrábění s většími průřezy třísek.
Jsou konstrukčně řešeny stejně jako destičky z SK tak, že je můžeme v nástrojových držácích
několikrát otočit a po otupení všech řezných hran se vyřazují a nahrazují novými. Rozdělují
se do tří skupin:
1. Čisté oxidy
2. Cermenty
3. Karbidové oxidy
Snahou výrobců je zlepšit pevnost v ohybu keramických destiček a zvýšit houževnatost
16
1.5.4 Syntetické diamanty
Chemické složení odpovídá čistému uhlíku. Je nejtvrdším řezným materiálem vůbec.
Jako řezný materiál se používá k dokončovacím úběrům při malých posuvech a hloubkách
řezu, bez přerušovaných řezů. Nepoužívá se k obrábění materiálu s malou tepelnou vodivostí,
protože by velmi rychle zoxidoval.
1.5.5 Kubický nitrid boru (KNB)
Vlastnosti, zejména tvrdost, se podobají vlastnostem a tvrdosti diamantu. Kubický nitrid
boru však snese podstatně vyšší dovolené teploty (až 1 500° C). Lze ho použít na
dokončovací operace u obrobků z těžkoobrobitelných materiálů, např. obrobků z kalených
ocelí a slitin.
Kontrolní otázky:
1. Jaké požadavky se kladou na nástrojové řezné materiály?
2. Uveďte druhy řezných materiálů.
3. Jaké jsou vlastnosti jednotlivých řezných materiálů, jejich využití?
1.6
Obrobitelnost materiálu
Souhrn vlastností obráběného materiálu z hlediska jeho vhodnosti pro třískové obrábění
nazýváme obrobitelností materiálu. Obrobitelnost daného materiálu není možno stanovit
absolutní hodnotou, lze ji pouze srovnávat, podle určitých kritérií s obrobitelností jiných
materiálů nebo s materiálem etalonovým (vzorovým).
Určitý materiál bude mít v porovnání s jiným materiálem tím lepší obrobitelnost, čím
dříve jej obrobíme s menší spotřebou obráběcích nástrojů, s nižší spotřebou energie při
dodržení technických požadavků z hlediska drsnosti obrobené plochy, tvarové a rozměrové
přesnosti.
Činitelé mající vliv na obrobitelnost materiálu
Základními činiteli ovlivňujícími obrobitelnost obráběného materiálu jsou:
– fyzikální vlastnosti obráběného materiálu; pevnost materiálu, tvrdost, tažnost, tepelná
vodivost
– jeho chemické složení; je třeba hodnotit na základě rozboru vlivu jednotlivých prvků,
které působí na velikost otírání břitu, tvaru třísky a velikost řezného odporu
– mikrostruktura;
na chemickém složení a způsobu tepelného a technologického
zpracování
17
– způsob výroby
– tepelné a technologické zpracování
V běžné praxi se obrobitelnost posuzuje podle řezné rychlosti, protože podstatně
ovlivňuje výkon obrábění. Vyjadřuje se buď přímo řeznou rychlostí, která odpovídá určité
trvanlivosti břitu za předem stanovených stejných podmínek obrábění, nebo se používá tzv.
součinitele obrobitelnosti.
Součinitel obrobitelnosti je dán poměrem řezné rychlosti pro daný materiál k řezné
rychlosti pro stanovený etalonový materiál při určitých stejných podmínkách obrábění:
kv = v / ve (1)
v je použitá řezná rychlost
ve je etalonová řezná rychlost
Každý materiál má svůj součinitel obrobitelnosti. V praxi se obrábí mnoho druhů
materiálů. Vypracovat řezné podmínky pro každý materiál by bylo nákladné a používání
nepřehledné.
Byl zpracován sborník jednotlivých normativů obrobitelnosti materiálů. V něm je
uvedeno rozdělení materiálů podle kategorií, stanoven rozsah skupin obrobitelnosti materiálů
a zásady pro určení skupin obrobitelnosti.
Tab. 2 Součinitel obrobitelnosti kv
18
1.6.1 Rozdělení materiálu podle kategorií
Materiály jsou rozděleny do devíti kategorií, označených písmeny a, b, c, d, v, e, f, g, h,
kde značí:
a – litiny
b – oceli
c – těžké neželezné kovy
d – lehké neželezné kovy
1.6.2 Rozsah skupin obrobitelnosti materiálů
Obrobitelnost záleží na způsobu obrábění. Způsoby obrábění rozdělujeme na:
1 – soustružení, hoblování, obrážení
2 – frézování, vrtání, vystružování
Kategorie a, b, c, d pro uvedené způsoby obrábění jsou zařazeny do 20 tříd obrobitelnosti.
Nejhůře obrobitelné materiály jsou zařazeny do třídy 1, nejlépe obrobitelné do třídy 20.
Zásada pro zařazení materiálu do určité třídy obrobitelnosti je, že do stejné třídy
obrobitelnosti jsou zařazeny ty materiály, u nichž je za shodných podmínek obrábění stejná
trvanlivost břitu nástroje
K dosažení shodných podmínek obrábění je nutno dodržet:
– hloubku řezu
– velikost posuvu
– rozměr a tvar nástroje
– druh řezného materiálu
– velikost opotřebení břitu
– rozměr a tvar obrobku
– způsob upnutí obrobku
– stejnou tuhost obráběcího stroje
U obrábění, kde se odebírá tříska broušením, je 10 tříd obrobitelnosti. Nejhůře
obrobitelné materiály jsou zařazeny do třídy 1, nejlépe obrobitelné do třídy 10.
Jako základní třídy obrobitelnosti byly stanoveny pro jednotlivé skupiny materiálů třídy
10a, 14b, 11c, 10d, kterým odpovídají etalonové materiály se součinitelem obrobitelnosti
1,00.
19
Kontrolní otázky:
1. Čím je ovlivněna obrobitelnost materiálů?
2. Co je součinitel obrobitelnosti?
3. Uveď základní kategorie materiálů.
4. Jaké znáš skupiny a třídy obrobitelnosti?
5. Jakým způsobem je materiál zařazován do tříd?
1.7
Řezné podmínky
Řezné podmínky lze definovat jako souhrn všech činitelů, kteří ovlivňují průběh
obrábění. Aby obrábění probíhalo co nejoptimálněji - tedy produktivně a hospodárně, je třeba
znát jednotlivé podmínky obrábění, jejich vzájemné propojení a konečný vliv na vlastní
průběh obrábění.
Základními řeznými podmínkami jsou : řezná rychlost (v) , posuv (s) a hloubka řezu (h).
Značným způsobem však průběh obrábění ovlivňuje také: řezný materiál, druh obráběného
materiálu, velikost a tvar průřezu třísky, geometrie nástroje, chlazení a mazání, celková tuhost
obráběcí soustavy (stroj, nástroj, obrobek, přípravek).
•
Řezná rychlost
Je to rychlost řezného pohybu udávaná v metrech za minutu. V praxi se počítá
zjednodušeně jako obvodová rychlost bodů ostří na obvodu nástroje nebo bodů na obvodu
obrobku. (pro soustružení ,frézování, vrtání).
v=
π .D.n
[m. min ]
1000
−1
D - průměr obrobku (soustružení), průměr nástroje (frézování, vrtání) (mm)
n - otáčky obrobku, nástroje
(min-1)
Na základě řezných normativů je třeba určit optimální řeznou rychlost a pak vypočítat
potřebné otáčky a nejbližší nižší nastavit na stroji (konvenční obráběcí stroj se stupňovými
převody).
•
Posuv
Dráha v mm, kterou urazí při pohybu do záběru nástroj (obrobek) za 1 min, otáčku,...
Velikost posuvu se udává:
– mm/z; posuv na zub nástroje (frézy)
– mm/ot; posuv za 1otáčku frézy: so = sz . z (obrobku)
– mm/min; minutový posuv: sm = so . n
– mm na jeden zdvih (dvojzdvih)
20
Na konvenčních soustruzích se nastavuje nejčastěji posuv na otáčku, na frézkách posuv
minutový; číslicově řízené soustruhy a frézky mohou využít podle volby jak minutový , tak
posuv na otáčku.
Z hlediska směru pohybu může být posuv
– podélný (např. podélné soustružení)
– příčný (příčné soustružení)
– složený (soustružení kuželů, tvarových ploch)
Posuv může být:
a) plynulý - probíhá současně s hlavním pohybem (soustružení, frézování, vrtání)
b) po přítrzích - obrobek nebo nástroj vykonává posuvný pohyb v době, v níž se hlavní
pohyb nekoná; posuv nastává v úvratích mezi pracovními zdvihy (hoblování, obrážení)
•
Hloubka řezu (h)
Je to vzdálenost měřená mezi obráběnou a obrobenou plochou ve směru přísuvu, nebo
měřená na odebíraném materiálů ve směru kolmém na hlavní pohyb a posuv. Udává se v mm
•
Druh obráběného materiálu
Z hlediska třískového obrábění je určen třídou obrobitelnosti. Ta je stanovena na základě
obrobitelnosti materiálu, druhu a způsobu obrábění.
•
Řezný materiál
Kvalitnější řezné materiály jsou schopny obrábět vyššími řeznými rychlostmi, aniž by se
předčasně zkracovala trvanlivost nástroje. Na základě obrobitelnosti materiálu, druhu řezného
materiálu, druhu a způsobu obrábění jsou v řezných normativech stanoveny optimální řezné
podmínky – řezná rychlost, posuv, hloubka řezu.
•
Geometrie řezného nástroje
Značnou měrou ovlivňuje kvalitu povrchu obrobené plochy, rozměrovou i tvarovou
přesnost obráběné součásti. Má značný vliv na velikost jednotlivých složek řezných sil.
•
Chlazení a mazání
Provádí se řeznými kapalinami (emulze, oleje), které odvádí z místa řezu teplo a snižují
tření mezi nástrojem a obrobkem (je možné pracovat s vyšší řeznou rychlostí, aniž by se
předčasně otupil nástroj). Kladný vliv má také řezná kapalina na jakost povrchu obrobené
plochy.
21
•
Tuhost obráběcí soustavy
V případě malé tuhosti obráběcího stroje, obrobku, nástroje, případně upínacího
přípravku není možné využít plně parametry obráběcího stroje a nástroje. Negativně se
projeví tato skutečnost také na výsledku obrábění.
1.7.1 Optimální pracovní podmínky při obrábění
Z ekonomického hlediska se volí takové řezné podmínky, při jejichž použití obrobíme
danou součástku při minimálních nákladech a s vysokou produktivitou při zajištění
předepsaných konstrukčních a technologických požadavcích. Řezné podmínky,které splňují
tyto předpoklady, se označují jako optimální.
Z výkonového hlediska znamená optimalizace pracovat za takových řezných podmínek,
při nichž se dosahuje maximálního výkonu, bez zřetele k hospodárnosti. Optimalizace z
výkonového hlediska se volí velmi zřídka.
Na optimální podmínky v procesu obrábění působí různou mírou jednotlivé řezné
podmínky, také další vlivy jako obráběcí stroj a požadavky předepsané technickou
dokumentací.
Kontrolní otázky:
1. Vyjmenuj řezné podmínky.
2. Vliv jednotlivých podmínek na obrábění
3. Uveď vztahy pro výpočet řezné rychlosti a posuvu
4. Význam optimálních řezných podmínek pro obrábění?
22
2 SOUSTRUŽENÍ
2.1
Rozdělení soustruhů, jejich charakteristika, hlavní části
Soustružení je nejrozšířenější způsob třískového obrábění na obráběcích strojích –
soustruzích, pomocí nástrojů, kterými jsou nejčastěji soustružnické nože, ale také se využívají
vrtáky, záhlubníky, výhrubníky, výstružníky a další.
2.1.1 Hrotové soustruhy
Jsou určeny k obrábění válcových ploch obrobků upnutých mezi hroty, ve sklíčidle, v lícní
desce,na trnech apod. Mohou být stolní, universální, produkční.
– stolní soustruhy se využívají pro obrábění nejmenších rotačních součástek např. v
hodinářském průmyslu
– universální soustruhy jsou nerozšířenějším typem hrotových soustruhů, na kterých lze
kromě běžných soustružnických prací také řezat všechny druhy normalizovaných závitů
soustružnickým nožem (umožněno vodicím šroubem).
– produkční soustruhy nemají vodicí šroub, mívají menší otáčkový rozsah a využívají se v
sériové výrobě
Velikost hrotových soustruhů je dána největším oběžným průměrem nad ložem soustruhu (D)
a největší vzdáleností hrotů (L). Těmito rozměry jsou omezeny i rozměry obráběné součásti.
Obr. 15 Základní rozměry soustruhu
a: 1, 4 – vnější vodicí plochy, 2 – vnitřní vodicí plochy, 3 – obrobek
D – největší oběžný průměr nad ložem
b: 1 – vřeteník, 2 – vřeteno, 3 – koník, L – největší vzdálenost mezi hroty
23
Podle velikosti největšího oběžného průměru se hrotové soustruhy dělí na:
– malé, pro D do 315 mm
– střední, pro D do 630 mm
– velké (těžké), pro D od 800 mm
Velmi využívaný hrotový univerzální soustruh patřící mezi menší soustruhy je SV 18R s
oběžným průměrem nad ložem 380 mm a točnou délkou 750, 1 000 nebo 1250 mm.
Obr. 16 Soustruh SV 18R
Hlavní části univerzálního hrotového soustruhu SV 18R jsou : lože, vřeteník s převodovou
skříni, posuvový mechanizmus, suport, koník
Lože
Je základní nosnou částí soustruhu. Má tvar nosníku a je odlito z šedé litiny, která dobře
tlumí chvění a rázy vyskytující se při obrábění. V horní části lože je vedení s vodicími
plochami pro suport a koník.
Obr. 17 Lože soustruhu
Obr. 18 Ukázka vedení suportu a koníku
1,3 – prizmatické vedení, 2,4 – ploché vedení
24
Vřeteník
Je umístěn na levé straně lože. Je v něm uloženo otočné vřeteno v radiálně-axiálních
ložiskách. Vřeteno je dutou hřídelí, která má na pravém vnějším konci závit (pro upevnění
sklíčidla, upínací desky,…), uvnitř pak kuželovou dutinu (slouží pro zasunutí pevného hrotu).
Otáčky vřetena lze měnit 21 stupňovou převodovkou v rozsahu 14 až 2800 min-1.
Obr. 19 Vřeteník soustruhu SV 18R
1 – vřeteno, 2,3 – přední a zadní hlavní ložisko, 4 – axiální ložisko, 5,6 – řemenice s řemenem, 7 –
pouzdro, 8 – kuličkové ložisko, 9 – zubová spojka, 10 – předloha ozubených kol, 11 – spojka, 12 –
předloha ozubených kol, 13 – ozubené kolo
Mechanismus posuvu
Zajišťuje strojní posuv nástroje. Jeho součástí je nortonová a suportová skříň, které jsou
propojeny vodicí tyčí a vodicím šroubem. Vodicí tyč se otáčí při strojním posuvu nástroje,
řezání závitů nožem je zajištěno otáčivým pohybem vodicího šroubu.
Suport
Umožňuje upnutí nože, jeho přiblížení k obrobku a pracovní pohyb při soustružení.
Nastavený nůž se může při obrábění posouvat:
a) rovnoběžně s osou soustružení
b) kolmo na osu soustružení
25
c) šikmo k ose soustružení, při soustružení kuželových ploch
d) v obecné dráze , při soustružení tvarových ploch
Obr. 20 Suport soustruhu SV 18R
1- podélné saně, 2 – příčné
saně, 3 – klika na posuv
příčných saní, 4 – otočná část,
5 – nožové saně, 6 – ruční
kolečko na posuv nožových
saní, 7 – nožová hlava, 8 –
suportová skříň, 9 – dělící
kroužek, 30 – dělící šroub, 31 –
vodící hřídel, 40 – ozubený
hřeben, 41 – ruční kolečko na
podélné posouvání suportu, a –
kompletní suport, b – nožový
držák
Suport je složen z několika částí:
1. Podélné saně se posouvají po vnějším vedení lože
2. Příčné saně se posouvají po rybinovitém vedení podélných saní
3. Otočná část se využívá při soustružení krátkých kuželových ploch
4. Nožové saně jsou posuvně uloženy v otočné části, posuv nožových saní je pouze ruční
5. Nožová hlava složí k upínání soustružnických nožů
Koník
Slouží k podepření dlouhých obrobků. Hlavní části koníku jsou:
1. Těleso - základní nosná část
2. Základová deska - umožňuje příčně přestavovat těleso koníku v určitých mezích;
využívá se při soustružení delších kuželových ploch
3. Hrotová objímka (pinola) - slouží k upevnění otočného hrotu nebo vrtacích nástrojů
Koník se po vnitřním vedení lože přestavuje ručně. Lze ho ovšem také spojit se suportem a
využít tak strojní posuv při upnutí vrtacích nástrojů v koníku.
26
Obr. 21 Koník soustruhu SV 18R
a – hlavní části koníka: 1 – litinové těleso, 2 – spodní deska koníka, 3 – šroub na příčné posouvání tělesa
koníka, 9 – horní objímka na upevnění upínacího hrotu nebo vrtacích nástrojů, 10 – upínací hrot, 11 –
ruční kolečko na posouvání hrotové objímky, 12 – posuvný šroub hrotové objímky, 13 – matice
připevněná na těleso koníka, 14 – páka na zabezpečení hrotové objímky – trubka
b – zabezpečení koníka na lůžku: 4 – třmen na zabezpečení koníka v pracovní poloze, 5 – páka na
pootočení hřídele, 6 – hřídel, 7 – objímka, 8 – šroub
c – zabezpečení polohy hrotové objímky koníka: 9 – hrotová objímka, 15 - pouzdro
2.1.2 Čelní soustruhy
Používají se v kusové výrobě k soustružení rozměrných součástí přírubového typu.
Obrobek se upíná na lícní desku, lože se suportem tvoří samostatnou část. Nevýhodou čelních
soustruhů je namáhavé upínání a ustavování obrobků.
Obr. 22 Čelní soustruh
1 – vřeteník, 2 – upínací deska, 3 – obrobek, 4 – nožová hlava, 5 – příčný
suport, 6 – podélný suport, 7 - lůžko
27
2.1.3 Svislé soustruhy (karusely)
Obr. 23 Číslicově řízený svislý soustruh SKJ 8F
Jsou určeny, podobně jako čelní soustruhy,
k obrábění rozměrných, hmotnějších obrobků.
Na rozdíl od čelních soustruhů je na karuselech
ustavení a upínání obrobků podstatně snažší.
To je zajištěno vodorovnou upínací deskou se
svislou osou rotace. Svislé soustruhy mohou
být:
– jednostojanové
– dvoustojanové
2.1.4 Revolverové soustruhy
Uplatňují se v sériové výrobě. Na jedno upnutí se provádí několik operací (úkonů):
soustružení, vrtání, vyvrtávání, vystružování, řezání závitů.
Charakteristickou částí revolverového soustruhu je revolverová hlava, do které se upínají
potřebné nástroje. Velikost revolverových soustruhů se určuje podle průměru tyčového
materiálu, který projde otvorem vřetena.
Revolverové soustruhy dělíme na:
– malé, s průměrem tyče 12 až 25 mm
– střední, s průměrem tyče 32 až 63 mm
– velké, s průměrem tyče 80 až 315 mm
Osa rotace revolverové hlavy může být vodorovná, svislá nebo šikmá.
Obr. 24 Revolverový soustruh SPR 63 NC
28
2.1.5 Automatické soustruhy
Uplatňují se ve velkosériové a hromadné výrobě. Automatický průběh obrábění je
zabezpečen vačkovými a narážkovými mechanismy. Seřízení těchto strojů je velmi pracné a
časově náročné (nepružná - tvrdá automatizace).
Obr. 25 Příklad použití rovinné vačky v konstrukci obráběcích strojů
2.1.6 Číslicově řízené soustruhy (NC a CNC stroje)
Obrábění probíhá na základě předem sestaveného programu, který lze přímo u stroje v
případě potřeby
pružně měnit, opravovat (pružná automatizace). Využívají se proto
především v kusové a malosériové výrobě. Vyrábějí se v různých provedeních jako hrotové,
revolverové, svislé.
Kontrolní otázky:
1. Jaké je základní rozdělení soustruhů?
2. Druhy hrotových soustruhů, jejich charakteristika.
3. Uveď hlavní části hrotového soustruhu SV 18R, popis.
4. Jaké je využití jednotlivých druhů soustruhů?
29
2.2
Nástroje používané na soustruzích
2.2.1 Druhy soustružnických nožů, jejich upínání
Tvar a rozměry soustružnických nožů jsou normalizované. Nože mohou být vyrobeny buď
z nástrojové oceli (RO) nebo jsou k držákům z konstrukční oceli připájeny břitové destičky z
SK.
V současné době jsou břitové destičky především ze slinutých karbidů připevněny k držákům
soustružnických nožů mechanickým způsobem. Po otupení určité řezné hrany se destička
uvolní a pootočí v držáku nože.
Obr. 26 Nože s vyměnitelnými destičkami
a – zapichovací nůž s destičkou upnutou pomocí
upínky, 1 – upínka, 2 – vyměnitelná destička, b –
stranový nůž s destičkou upnutou za otvor 1 – upínací
čep, 2 – vyměnitelná destička
Podle tvaru obráběné plochy se nože dělí na vnější a vnitřní.
Podle způsobu výroby jsou: celistvé, svařované na tupo, s řeznými destičkami.
Podle vykonávané soustružnické práce rozdělujeme nože na: ubírací, zapichovací a
upichovací, závitové, vyvrtávací, tvarové.
Podle tvaru tělesa nože se dělí na: přímé, vyhnuté, osazené, ohnuté.
Podle orientace ostří jsou nože: pravé, levé, souměrné.
Obr. 27 Soustružnické nože
30
Obr. 28 Soustružnické nože na vnitřní soustružení
1 – vnitřní ubírací nůž, 2 – vnitřní
rohový nůž, 3 – vnitřní zapichovací nůž
Průřez nožového držáku musí být takový, aby se nástroj při obrábění nedeformoval a
nechvěl. Těleso nožového držáku se obvykle vyrábí z konstrukční oceli 11 700, 12 060 a pod.
Upínání soustružnických nožů
Správně naostřený nůž bude dobře obrábět,
Obr. 29 Nastavení a upínání ubíracích nožů
bude-li správně nastaven a upnut v nožové
hlavě. Proto má nůž mít co nejmenší vyložení, aby nebyl
příliš namáhán na ohyb, nekmital a jeho břit se
nevylamoval. Vyložení nože nemá přesahovat výšku nože
h nebo max. 1,5h.
Výškové nastavení nože se kontroluje různými
pomůckami. Nejčastěji podle špičky otočného hrotu
koníka nebo špičky pevného hrotu ve vřetenu. K
výškovému nastavení se také používá úhelníku; jeho
nulová ryska je ve výši osy soustružení.
Při upínání soustružnických nožů je třeba zajistit
čistotu a nepoškozenost dosedací plochy nožového
držáku, pevnost a spolehlivost upnutí nože; pro výškové
nastavení je nutno používat co nejmenší počet podložek.
a – správné vyložení nože, b – nesprávné vyložení nože,
kontrola výškového nastavení nože
31
c,d –
Při použití rychloupínacích držáků se správné výškové nastavení soustružnických nožů
provádí stavěcím šroubem.
2.2.2 Upínání osových nástrojů na soustruhu
Vrtání děr na soustruhu se nejčastěji provádí šroubovitými vrtáky; je možné použít také
např. vrtáky kopinaté, korunkové,dělové, hlavňové.
Vrtáky s kuželovou stopkou lze upínat přímo do pinoly koníka s použitím redukčních
vložek, vrtáky s válcovou stopkou se upínají do upínacích hlaviček tříčelisťových nebo
dvoučelisťových. V souvislosti s rychlejší výměnou vrtáků se používají rychloupínací
hlavičky s pevnou vložkou.
Obr. 30 Rychloupínací hlavička
Obr. 31 Upínání vrtáků
a – upínací hlavička, b – redukční
vložka, c – uvolnění vrtáku z redukční
vložky vyrážecím klínem
Přesnější otvory se na soustruzích vyhrubují a vystružují.
Výstružníky se upínají pomocí rychloupínací hlavičky s volnou vložkou.Osa výstružníku
se samočinně ustavuje podle osy díry, takže výstružník je předobrobenou dírou veden. Tím se
odstraní případná nesouosost vřetene a pinoly koníku. Volná vložka, ve které je upevněn
výstružník, se zasune do rychloupínací hlavičky, v níž se upevní pomocí kuliček a osově
přestavitelné objímky. Upínání je velmi snadné a rychlé.K rychloupínací hlavě patří několik
výměnných vložek, v nichž jsou upnuty potřebné nástroje,tj. vrtáky, výhrubník a výstružník.
Vrtáky a výhlubníky se upínají v pevných výměnných vložkách.
Obr. 32 Výhrubník se stopkou
32
Obr. 33 Nástrčný výhrubník
Obr. 34 Strojní válcový výstružník se stopkou
Další osové nástroje používané na soustruzích jsou například středicí vrtáky jednostranné
nebo oboustranné (navrtáváky), záhlubníky. Upínají se podobným způsobem jako vrtáky.
Kontrolní otázky:
1. Jaké znáte druhy soustružnických nožů?
2. Uveďte způsoby upínání soustružnických nožů.
3. Jaké jsou zásady pro upínání nožů?
4. Jaké osové nástroje se používají na soustruhu?
5. Jakým způsobem se upínají osové nástroje na soustruhu?
2.3
Způsoby upínání obrobků na soustruhu
Upnutí obrobků musí zabezpečit spolehlivý přenos krouticího momentu z pracovního
vřetene na obrobek. Způsob upnutí se řídí tvarem a velikostí obrobků, jejich počtem,
požadovanou přesností a typem soustruhu.
33
2.3.1 Upínání obrobků v univerzálním sklíčidle
K upínání menších a kratších obrobků se používá univerzálního sklíčidla, a to v kusové i
sériové výrobě. Slouží také k upínání delších obrobků ( L:D>1), které se podepřou otočným
hrotem koníku.
Nejčastěji se používá univerzální tříčelisťové sklíčidlo. Čelisti se pohybují v radiálních
drážkách tvaru T v tělese sklíčidla současně, a pokud jsou zasunuty do tělesa ve správném
pořadí, zajistí upnutí součástky v ose soustružení.
Obr. 35 Univerzální sklíčidlo
Obr. 36 Upínání tenkých kotoučů
V univerzálním sklíčidle lze obrobky upínat za vnější povrch a také za otvor.
Univerzální čtyřčelisťová sklíčidla se používají nejčastěji k upínání čtyřhranů; při upínání
válcových součástí je nutné, aby byl povrch obroben. V univerzálních sklíčidlech lze upínat
jen takové obrobky, které jsou dostatečné tuhé a jejichž vyčnívající délka nepřesahuje
pětinásobek jejich průměru. Při větším vyložení je nutné podepřít volný konec obrobku
otočným hrotem koníku.
34
2.3.2 Upínání v lícních deskách
Používá se v případě rozměrných obrobků a nebo menších obrobků nerotačního tvaru. Na
rozdíl od univerzálního sklíčidla je každá ze čtyř čelistí lícní desky ovládána samostatně, a
obrobek je proto nutné vyrovnat do osy soustružení.
2.3.3 Upínání v kleštině
Kleštin se používá k upínání obrobků hlavně v sériové a hromadné výrobě součástí z
tyčového materiálu. Lze však v nich upínat i předběžně obrobené součásti, a to za vnější
plochu. Díra v kleštině je přizpůsobena tvaru povrchu obrobku. Kleštiny nepoškozují čistě
obrobený povrch a zaručují souosost upnutého obrobku. Nevýhodou kleštin je, že mají malý
rozsah upínání (asi 1 mm).
Obr. 37 Druhy kleštin
35
2.3.4 Upínání mezi hroty
Delší obrobky se při soustružení upínají mezi hroty vřeteníku a koníku. Před upnutím mezi
hroty se obrobek zarovná na čelech na požadovanou délku a do čel se navrtají středicí důlky.
Krouticí moment je přenášen buď unášecími srdci nebo kombinací unášecího srdce a
unášecího kotouče s kolíky nebo výřezy.
Obr. 38 Upínání mezi hroty
a – upínání delších obrobků, b – nasazení
obrobku na upínací hrot, c – hrot se slinutým
karbidem, d – otočný upínací hrot, e – unášecí
deska s kolíky zakrytými ochranným krytem, f –
unášecí srdce se zahnutým a přímým ramenem
36
Dlouhé a tenké hřídele se podpírají při soustružení speciálními podpěrkami (lunetami).Ty
mohou být připevněny k suportu soustruhu nebo pevně upnuté k loži soustruhu.
Obr. 39 Opěrky
a – pevná opěrka, 1 – víko opěrky, 2 – šroub, 3 – nastavitelné čelisti, 4 – těleso opěrky, b – pohyblivá opěrka
Obrobky s přesně obrobenou dírou (IT7, IT8) se upínají na soustružnické trny, které zajistí
souosost otvoru s povrchem součásti. Soustružnický trn má malou kuželovitost a krouticí
moment je přenášen pouze třením mezi trnem a dírou obrobku.
2.3.5 Zásady upínání obrobků na soustruhu
Na správném upnutí obrobků velmi záleží z hlediska výsledků obrábění a také v souvislosti
s bezpečností práce. Řezné síly vznikající při obrábění jsou značné a snaží se obrobek z
upínače vytlačit, vyvrátit nebo jinak uvolnit. Zvlášť pevně je třeba obrobky upínat při
hrubovacích úběrech, kdy jsou řezné síly větší než při úběrech dokončovacích. Delší obrobky
je třeba podpírat hrotem v koníku. Kvalitně obrobené plochy je třeba chránit před
poškozením. Při nerovnoměrném rozložení hmoty, když jsou upínány obrobky nerotačního
tvaru, je třeba provádět vyvážení, aby nedocházelo k chvění. Při používání unášecích srdcí a
kotoučů je třeba používat ochranné kryty, aby nedošlo k zachycení obsluhy soustruhu.
Kontrolní otázky:
1. Uveď způsoby upínání obrobků na soustruhu.
2. V jakých případech se jednotlivé způsoby upínání obrobků využívají?
3. Jaké znáte zásady upínání obrobků na soustruhu?
37
2.4
Soustružení čelních a vnějších válcových ploch
2.4.1 Soustružení čelních ploch
Rovinné plochy obrobku rotačního tvaru orientované kolmo na osu soustružení se nazývají
čelní plochy. Tyto plochy se soustruží na
předepsaný rozměr s požadovanou drsností
povrchu. Jsou to čelní plochy obrobků a čelní plochy vnějších osazení (nákružků).
Volba nožů pro čelní soustružení záleží na způsobu upnutí obrobku, na tvaru a velikosti
obráběné plochy, na velikosti přídavku na obrábění (hrubování, hlazení) a na materiálu
obrobku.
K čelnímu soustružení se nejčastěji používá ohnutý ubírací nůž (χ = 45° ). Menší čelní
plochy v případě malého přídavku lze soustružit stranovými ubíracími noži (χ = 94°), větší
čelní plochy s dírou lze soustružit přímým ubíracím nožem (χ = 60°).
Řezné podmínky
Drsnost povrchu a tvar plochy dosažené při čelním soustružení závisí na řezných
podmínkách. Při hrubování se volí posuv se zřetelem k hloubce řezu, obrobitelnosti materiálu
a jakosti řezného materiálu. Pro dokončovací úběry se volí posuvy se zřetelem na
předepsanou drsnost povrchu obráběné plochy; menší posuvy se volí pro povrchy s malou
drsností. Optimální řezná rychlost se nastavuje pro maximální průměr obrobku. Při
soustružení čelní plochy a posuvu nože od obvodu obrobku do středu se zmenšuje průměr
obrobku, a tedy i řezná rychlost a důsledkem toho je horší jakost povrchu obráběné čelní
plochy.
Obr. 41 Čelní soustružení
Obr. 40 Soustružení čelních ploch
Ohnutý ubírací nůž
Přímý ubírací nůž
38
Zásady pro čelní soustružení
Při čelním soustružení jsou obrobky upnuty nejčastěji do sklíčidel, při čemž nesmějí
překážet pohybu nože. Nože se upínají s malým vyložením, aby nedošlo k jejich kmitání.
Výškově se nože nastavují do osy soustružení.
Čelní plochy letmo upnutých obrobků se soustruží ubíracím nožem ohnutým, směr posuvu
nože je kolmý k ose soustružení.
Čelní plochy menších osazení a nákružků se soustruží stranovým nožem. Ostří nože musí
být kolmé k ose soustružení; k přesnému nastavení nože se používá ostře broušený trn a
úhelník. K běžnému nastavení stačí úhelník přiložený k soustruženému povrchu obrobku nebo
se nůž nastavuje přímo podle čelní plochy univerzálního sklíčidla apod. Je také možné zvětšit
úhel nastavení stranového nože a čelní plochu dokončit příčným posuvem.
Rovinnost obrobené čelní plochy se kontroluje nožovým pravítkem.
2.4.2 Soustružení vnějších válcových ploch
Při soustružení těchto ploch se soustružnický nůž posouvá rovnoběžně s osou otáčení
obrobku.Nejprve se provádí hrubovací úběr s přídavkem pro soustružení načisto. Cílem
hrubování je odřezat z obrobku přídavek v krátkém čase bez zvláštních nároků na rozměrovou
přesnost a jakost povrchu obrobené plochy.
Druh použitého nože závisí na obrobitelnosti materiálu, tvaru a velikosti obrobku.
Nejpoužívanější ubírací nože pro vnější válcové plochy jsou nůž přímý, ohnutý a stranový.
Ubíracím nožem přímým se soustruží delší obrobky většího průměru. Aby nůž netrpěl
mechanickým a tepelným namáháním, zaobluje se jeho špička. Nůž dobře odvádí teplo z
místa řezu, a proto jím lze ubírat třísky velkých průřezů.
Ubírací nůž ohnutý je velmi výkonný, a to jak při podélném, tak i příčném soustružení.
Jeho špičky se rovněž zaoblují. Výhodou tohoto nože je, že se může soustružit blíže k
čelistem upínače než noži přímými. Radiální složka řezné síly je u tohoto nože největší.
Obr. 42 Volba úhlu nastavení ubíracích nožů
39
Ubíracím nožem stranovým se soustruží kratší (stupňové) hřídele. Radiální složka řezné
síly je při použití tohoto nože minimální, a proto ho lze s výhodou použít pro soustružení
válcových ploch štíhlých hřídelů.
2.4.3 Soustružení osazených válcových ploch
Pro soustružení stupňových (osazených) válcových ploch je třeba volit vhodné způsoby
ubírání materiálu. Na obr. je znázorněn třikrát osazený hřídel a tři způsoby jeho soustružení.
Obr. 43Soustružení stupňovitého hřídele
a – stupňovitý hřídel, b,c,d – způsoby
soustružení, 1,2,3,4 – postup soustružení
Na obr. b se soustruží každý stupeň hřídele zvlášť. Dráha nože je tu nejdelší, a proto také i
potřebný čas bude nejdelší.
Nejvhodnější je způsob zobrazený na obr. d, neboť celková dráha soustružení je kratší, a
tím i čas potřebný k obrobení hřídele je kratší.
Při sériové výrobě těchto hřídelů je výhodné použít
k soustružení tohoto stupňového hřídele tří nožů.
Nože se v příslušném pořadí nastaví podle vzoru, který
je upnut stejným způsobem jako obrobek, a upnou se ve
speciální nožové hlavě.
Přesnost výrobků, výkon soustruhu i produktivitu práce
lze zvýšit různými přípravky a zařízeními, které usnadňují
obsluhu stroje. K těmto zařízením patří také narážky k
vypínání posuvu.
40
Obr. 44 Sériové soustružení
vícenožovým držákem
Obr. 45 Použití narážek při soustružení stupňového hřídele
Umísťují se buď na vedení lože, nebo na samostatný narážkový válec (hřídel). Narážky jsou
přestavitelné a naráží na ně narážkový čep upevněný na suportové skříni.
Kontrolní otázky:
1. Jaké nože jsou vhodné pro soustružení čelních ploch?
2. Jakými noži lze soustružit vnější válcové plochy?
3. Čím se liší volba řezných podmínek při hrubovacím a hladicím úběru?
4. Uveďte postup při soustružení osazených hřídelů.
5. Jak lze zvýšit produktivitu práce při soustružení osazených hřídelů?
2.5
Vrtání a soustružení vnitřních válcových ploch
2.5.1 Vrtání na soustruhu
Vrtání je jednou z nejběžnějších operací prováděných na soustruhu. Díry vrtané na
soustruhu jsou přesnější než na vrtačce; obrobek při svém otáčení tlačí vrták stále do osy
vrtání.
Nejpoužívanějšími nástroji k vrtání na soustruhu jsou šroubovité vrtáky. Mají dobré vedení
v díře. Poměrně velký průřez jádra dovoluje vyšší namáhání nástroje a společně s vysokou
pevností vrtáku umožňuje dosáhnout vysokých výkonů obrábění.
Při zavrtávání se vrták podepře opěrou upnutou v nožové hlavě, která se po zavrtání vrtáku
odsune. Častěji se nejdříve otvor navrtá středicím vrtákem a pak se použije šroubovitý vrták.
41
Vrtané díry větších průměrů se nejdříve předvrtávají menšími vrtáky. Při vrtání děr malých
průměrů a větších délek je třeba přerušovat posuv a vrták vyplachovat.
Obr. 46 Podpora a zabezpečení vrtáku
a – podpora oporou, b – unášecím srdcem,
1 – opora, 2 – unášecí srdce
Posuv vrtáku musí být plynulý a při dovrtávání průchozích děr je třeba posuv zmenšit. Lze
použít ruční posuv, při vrtání většího počtu děr je výhodnější posuv strojní. Ten lze zajistit v
případě upnutého vrtáku v pinole koníka např. spojením koníka se suportem.
Obr. 47 Spojení koníka se suportem třmenem 1 při vrtání
Je možné také vrták upnout do tzv. vrtací kostky, která je upevněna v nožovém držáku
suportu.
42
2.5.2 Soustružení válcových děr
Předvrtané, předlité, předkované díry se soustruží noži. Tvar vnitřních nožů musí být
přizpůsoben nejen tvaru, ale i délce soustružené díry. Vysunutí soustružnického nože z držáku
musí mít minimálně délku soustružené díry. Protože i jejich průřez je obvykle menší než u
vnějších nožů, jsou vnitřní nože málo tuhé, chvějí, pruží a lze jimi ubírat jen třísky menšího
průřezu. Všechny vnitřní nože mají vyhnutou řeznou část.
Obr. 48 Vnitřní soustružení
Nože pro soustružení vnitřních ploch se musí podbrušovat, aby nedřely o obrobenou
plochu. Velikost podbroušení závisí na průměru díry. Čím menší je průměr díry, tím větší
musí být podbroušení (větší úhel hřbetu).
Délka vyložení vnitřního nože se řídí hloubkou soustružené díry. Vyložení nože se nastaví
tak, že se k hloubce díry připočte pět až deset milimetrů od kraje nožové hlavy. Tato vůle je
nutná proto,aby obrobek nenarazil na nožovou hlavu.
Průchozí otvory lze soustružit vnitřními ubíracími noži. Neprůchozí otvory a otvory
osazené je nutné soustružit vnitřními rohovými noži.
Kontrolní otázky:
1. Uveď, jakými nástroji lze vrtat na soustruhu díry.
2. Jaký je postup při vrtání otvorů na soustruhu?
3. Jakými noži lze soustružit válcové otvory?
43
3 Frézování
3.1
Rozdělení frézek
Frézování je způsob obrábění, při němž se rotační vícebřitý nástroj - fréza otáčí a obrobek
(někdy i nástroj) rovnoměrně posouvá tak, aby jednotlivé zuby frézy postupně přicházely do
záběru a odřezávaly třísku.
Frézovací stroje - frézky patří k nejuniverzálnějším obráběcím strojům, protože se na nich
mohou obrábět nejen rovinné, ale i tvarové plochy, závity, ozubení i rotační plochy.
3.1.1 Konzolové frézky FA, FB, FD
Konzolové frézky jsou nejrozšířenější a jsou určeny k frézování rovinných a tvarových
ploch na malých a středně velkých součástech v kusové a malosériové výrobě.
Charakteristickým znakem je svisle přestavitelná konzola, s níž lze obrobek nastavit do
potřebné polohy se zřetelem k nástroji. Konzolové frézky se vyrábějí ve třech základních
řadách označených FA (nejstarší frézky), FB a FD (číslicově řízené) a třech provedeních.
- svislé (vertikální) frézky mají vřeteno ve svislé poloze
- vodorovné (horizontální) frézky mají vřeteno ve vodorovné poloze
- univerzální frézky umožňují natočit pracovní stůl ve vodorovné rovině o 45° na obě
strany
Obr. 49 Svislá konzolová frézka
1 – stojan, 2 – konzola, 3 – příčné
saně, 4 – podélný stůl, 5 – vřeteník,
6 - vřeteno
44
Obr. 50 Vodorovná konzolová frézka
1 – stojan, 2 – konzola, 3 – příčné saně, 4 –
podélný stůl, 6 – vřeteno, 7 – výsuvné
rameno, 8 – podpěrné ložisko, 9 – ovládací
panel, 10 – deska rámu
Obr. 51 Univerzální konzolová frézka
Hlavní části konzolových frézek
Konzolové frézky mají stojan, konzolu, příčné saně, pracovní stůl, vřeteník, výsuvné a
podpěrné rameno.
Stojan je nosnou částí všech ostatních dílů a mechanismů frézek. Je vyroben z litiny, má
skříňový tvar uvnitř vyztužený žebry. Ve spodní části přechází v základovou desku, ve které
jsou uloženy nádrže s chladicí kapalinou.
45
Konzola je litinový odlitek skříňového tvaru. Je posuvně uložena na svislém vedení přední
části stojanu, na němž se pohybuje vertikálním směrem. Jsou v ní uloženy převody pro ruční a
strojní posuvy.
Příčné saně nesou podélný stůl. Umožňují příčné nastavení podélného stolu. Na horní
ploše příčných saní je vedení podélného stolu. U univerzálních frézek je na příčných saních
uložena točnice.
Podélný stůl se pohybuje podélně nebo příčně ve vodorovné rovině. Pracovní plocha stolu
má několik podélných T drážek, do kterých se vkládají hlavy upínacích šroubů.
Vřeteník se nachází v horní části stojanu a je v něm uloženo otočně vřeteno.Vřeteno je duté
a je uložené v radiálně-axiálních ložiskách. V krajní části je kuželová dutina, u frézek novější
výroby je i vnější konec vřetena kuželový. Kuželová dutina i vnější kuželový konec vřetena
slouží k upínání nástrojů.
Výsuvné rameno mají vodorovné a univerzální frézky. Je uloženo v rybinovém vedení
horní části stojanu a je přestavitelné v příčném směru. Vysunutí je závislé na délce
frézovacího trnu.
Podpěrné rameno je uloženo ve vedení výsuvného ramena. V jeho ložisku je uložen letmý
konec frézovacího trnu.
3.1.2 Stolové frézky FC
Stolové frézky jsou využívány pro frézování hmotnějších obrobků. Obrobek se pohybuje v
podélném a příčném směru, svislý pohyb vykonává nástroj spolu s vřeteníkem.Dodávají se ve
vertikálním nebo horizontálním provedení.
Obr. 52 Stolová frézka FC
46
Velmi tuhá konstrukce frézek umožňuje výkonné obrábění s vysokou jakostí obrobeného
povrchu a gometrickou přesností obrobku. Dokonalou přesnost zajišťuje uložení podélného
stolu a příčných saní na tuhém loži.
3.1.3 Rovinné frézky FR
Tyto frézky jsou sestavené z typizovaných stavebnicových dílů, např. loží, stojanů,
frézovacích vřeteníků, příčníků apod.
Obr. 53 Rovinná frézka
Na rovinných frézkách se obrábějí velké obrobky s hmotností až 10 000 kg; vykonávají se
na nich nejtěžší frézovací práce. Je také možné upnout na stůl frézky větší počet menších
obrobků, které jsou obráběny společně. Rovinné frézky se vyznačují vysokou produktivitou,
která se dosahuje současným obráběním několika ploch v různých polohách
Konstrukce rovinných frézek je odvozena od frézek portálových FP. Portálové frézky mají
vždy čtyři vřeteníky, které mohou pracovat současně. Portálové frézky jsou konstruovány ve
třech velikostech – FP12, FP16, FP20.
3.1.4 Nástrojařské frézky FN
Nástrojařskými frézkami lze přesně frézovat složité tvary obrobků menších rozměrů a
hmotností. Je možné na nich vykonávat velký rozsah různých frézovacích prací a frézovat
obrobky v různých polohách.
47
Obr. 54 Nástrojařská frézka FN
Uplatňují se nejen při výrobě nástrojů složitých tvarů, zápustek, kovových modelů, forem,
šablon a měřidel především v nářaďovnách, ale i v kusové výrobě tvarově složitých součástí.
Je možno na nich jak frézovat, vrtat, vyvrtávat, brousit a obrážet, tak i vykonávat práce
vyžadující přesné dělení a obrábět různě skloněné tvarové plochy.
Obr. 55 Stůl nástrojařské frézky
48
Základem konstrukce nástrojařské frézky je vodorovná frézka se svislým stolem a příčně
posuvným vřeteníkem. Na svislou upínací plochu stolu lze namontovat pevný stůl s příčným
posuvem, sklopný a otočný ve třech směrech a nastavitelný do libovolné polohy.
3.1.5 Kopírovací frézky FK
Tyto frézky se uplatňují především při výrobě kovových forem, zápustek, modelů, vaček,
šablon a podobných součástí.
Obr. 56 Kopírovací frézka FK 50
Kopírováním se přenáší tvar modelu (vzorku) na obrobek. Na strojích lze kromě
kopírování frézovat i klasické plochy rovinné, kolmé nebo šikmé.
3.1.6 Odvalovací frézky FO
Na odvalovacích frézkách se vyrábějí čelní ozubená kola s přímými a šikmými zuby,
šneková a řetězová kola. Stroj se skládá z lože, stojanu, vřeteníku, otočného pracovního stolu
a pomocného stojanu.
49
Obr. 57 Odvalovací frézka FO 6
Kontrolní otázky:
1. Jaké znáš frézky?
2. Uveď využití jednotlivých frézek.
3. Jaké jsou hlavní části konzolových frézek?
3.2
Rozdělení a upínání fréz
3.2.1 Frézy rozdělujeme podle několika kritérií:
1. podle ploch, na nichž jsou vytvořeny zuby
a) válcové – zuby jsou na válcové ploše
b) válcové-čelní – zuby frézy jsou na válcové a čelní ploše
c) kotoučové – průměr frézy je podstatně větší než její šířka
d) tvarové – např: radiusové vyduté nebo vypuklé, úhlové, modulové,…
e) speciální – např.: odvalovací, hřebínkové,…
2. podle způsobu upínání
a) frézy stopkové se stopkou válcovou nebo kuželovou
b) frézy nástrčné – mají otvor
3. podle způsobu výroby zubů dělíme frézy na:
50
a) frézy se zuby frézovanými
b) frézy se zuby podsoustruženými – např.: radiusové, které se ostří pouze na čele
c) lité – zuby vzniknou odstředivým litím, čelo a zábřit jsou naostřeny
4. podle počtu zubů vzhledem k průměru frézy:
a) jemnozubé
b) polohrubozubé – z = (0,8–1,25).√ D
D – průměr frézy
c) hrubozubé
5. podle tvaru břitů se dělí frézy na:
a) frézy s břity přímými – břity jsou rovnoběžné s osou frézy
b) frézy s břity šikmými
c) frézy s břity šroubovitými
d) frézy se střídavými břity – vyskytují se u kotoučových fréz
Obr. 58 Druhy fréz
51
Obr. 59 Druhy fréz - pokračování
52
6. podle počtu dílů rozeznáváme:
a) frézy celistvé –těleso frézy i zuby jsou vcelku a vyrobeny z jednoho materiálu
(rozměrově malé frézy)
b) frézy dělené – jsou vyrobeny ze dvou nebo většího počtu dílů
c) frézy složené – několik běžných fréz umístěných a upnutých vedle sebe na
společném trnu
Obr. 60 Frézy dělené
a – válcová fréza, b – kotoučová fréza
Obr. 61 Složená fréza
53
7. podle řezného materiálu:
a) frézy z nástrojové legované oceli
b) frézy s břitovými destičkami ze slinutých karbidů
c) frézy s břitovými destičkami z keramických řezných materiálů
d) frézy s břitovými destičkami z KNB
Obr. 62 Frézovací hlava s břitovými destičkami
8. podle smyslu otáčení se dělí frézy na:
a) pravořezné – při pohledu od vřetene ve směru osy se otáčí ve smyslu pohybu
otáčení hodinových ručiček
b) levořezné – ve stejném pohledu se otáčejí proti smyslu hodinových ručiček.
Obr. 63 Rozdělení fréz podle směru otáčení
1 – fréza pravořezná, 2 – fréza levořezná
54
3.2.2 Způsoby upínání fréz
Způsob upnutí frézy závisí na její konstrukci, druhu a rozměrech frézy a na způsobu
frézování.
Frézy s válcovou stopkou se upínají do upínacích hlaviček s vyměnitelnými rozpínacími
pouzdry.
Obr. 64 Upínání fréz s válcovou stopkou
a – řez upínací hlavičkou, b – upínací hlavička se sadou vyměnitelných pouzder, c – upínací hlavička pro
NC frézky, 1 – axiální zabezpečení, 2 – středicí hrot, 3,4 – pouzdro, 5 - matice
Frézy s kuželovou upínací stopkou se upínají do vřetene frézky s použitím redukčních
pouzder.Vnější kužel redukčního pouzdra je shodný s kuželem dutiny vřetena frézky a vnitřní
kužel je shodný s kuželem upínací stopky frézy.
Obr. 65 Redukční pouzdro s metrickým kuželem
55
Obr. 66 Redukční pouzdro se strmým kuželem
Nástrčné frézy se upínají s využitím upínacích trnů, které mohou být:
a) krátké – frézy se upínají letmým způsobem, unášení frézy je zajištěno podélným nebo
příčným perem
b) dlouhé – jeden konec upínacího trnu je zasunut s využitím redukčního pouzdra ve
vřetenu, druhý konec je v ložisku podpěrného ramena frézky. Poloha frézy na trnu je zajištěna
rozpěrnými kroužky.
Obr. 67 Frézovací trny
a – pro běžné frézky, b – pro NC frézky
56
Velikosti frézovacích trnů jsou normalizované. Průměry válcové části upínacích trnů
odpovídají průměrům otvorů fréz a jsou odstupňovány v rozsahu 8-100 mm.
Obr. 68 Upnutí válcové frézy
V – vřeteno frézky, k – kuželová stopka trnu, F – fréza, š – utahovací šroub, rk – rozpěrné kroužky, v –
válcový čep trnu, m – matice, R – podpěrné rameno, Vr – výsuvné rameno, St - stojan
Upínání frézovacích hlav může být provedeno s využitím letmých upínacích trnů nebo je
lze upínat přímo na vnější kužel vřetena frézky.
Obr. 69 Upnutí frézovací hlavy na vnější kužel vřetena
3.2.3 Zásady pro upínání fréz
– zajistit čistotu styčných dosedacích ploch (stopky fréz, otvory fréz, styčné plochy
redukčních pouzder, dutina pracovního vřetena frézky, válcové části upínacích trnů)
– kontrolovat neporušenost styčných ploch (styčné plochy musí dosedat v celé své délce)
– pevně a spolehlivě zajistit trny a frézy v kuželové dutině vřetena šroubem
57
– na dlouhých frézovacích trnech se snažit umístit frézy co nejblíže k vřetenu nebo
podpěrnému ramenu, aby se zmenšilo prohýbání trnu při frézování
– frézy se šikmými nebo šroubovitými zuby upínat tak, aby osová složka řezné síly
směřovala do vřetena frézky
– pracovat pečlivě a pozorně, aby nedošlo k poškození nástroje, případně ke vzniku úrazu
(chránit ruce před pořezáním břity zubů).
Kontrolní otázky:
1. Podle jakých hledisek a jak se rozdělují frézy?
2. Jakými způsoby se upínají frézy?
3. Jaké zásady je třeba dodržet při upínání fréz?
3.3
Upínání obrobků na frézkách
Volba určitého druhu upínacích prostředků a způsobu upínání je závislá:
– na velikosti a tvaru upínaného obrobku
– na druhu a způsobu frézování
– na požadované přesnosti
– na celkovém počtu obráběných kusů
Upínání s využitím strojních svěráků se používá v případě menších, tvarově jednodušších
obrobků. Lze použít svěráky pevné, otočné, sklopné, samostředicí.
Pevný svěrák má pohyblivou čelist posuvnou po tělese svěráku jen ve směru k pevné čelisti
a od čelisti.
Otočný svěrák má spodní kruhovou desku se stupňovým dělením, která umožňuje otáčet
svěrák kolem svislé osy. Potřebná poloha svěráku se zabezpečí utažením matic dvou
upínacích šroubů.
Sklopný svěrák bývá často kombinován se svěrákem otočným. Naklápění svěráku kolem
vodorovné osy bývá v rozsahu -30° až +60°. Existují sklopné svěráky, které se dají naklápět
ve dvou rovinách na sebe kolmých.
Samostředicí svěráky se používají k upínání krátkých válcových součástí. Součást se středí
pomocí prizmatické vložky, ke které se přitlačí čelistmi svěráku otáčením ručního kolečka.
58
Obr. 70 Druhy svěráků
a – otočný, b – otočný a sklopný, c – samostředicí, 1 – ruční kolečko, 2,7 – čepy, 3,6 – čelisti, 4 – doraz,
5 – prizmatická vložka
Na stůl frézky se svěrák připevňuje upínacími šrouby se čtyřhrannými hlavami, které jsou
zasunuty v T drážkách pracovního stolu frézky. Svěrák upínáme zpravidla do takové polohy,
aby jeho upínací čelisti byly rovnoběžné s drážkami stolu nebo aby byly na ně kolmé. Této
polohy je možné docílit pomocí dvou vodicích per (kamenů), která jsou přišroubovaná v
průběžné drážce spodní plochy svěráku a zapadají do drážky stolu.
Rovnoběžnost čelistí svěráku s příslušným pohybem stolu frézky je také možné zajistit s
použitím dvou úhelníků.
Plochý úhelník se upíná kratším ramenem do svěráku a k jeho volnému ramenu se přiloží
druhý úhelník, kterým se doměřuje poloha k vodicím plochám pro konzolu na přední části
stojanu.
Pro přesnější ustavení svěráku se používá číselníkový úchylkoměr, který se upevní na trn
ve vřetenu frézky. Pohybem stolu v podélném nebo příčném směru zjišťujeme úchylky v
ustavení svěráku.
59
Pomocí upínek upínáme obrobky přímo na stůl frézky. Tento způsob se používá především
k upínání rozměrnějších obrobků.
Obr. 71 Upnutí obrobku upínkami
1 – správné upnutí, 2 – nesprávné upnutí, O – obrobek, F – fréza, U – upínka, p –
podložka, S – upínací šroub s maticí, St – stůl frézky
Upínky mají různý tvar a velikost. Kromě vlastních upínek se používají různé podpěry,
šrouby apod.
Sklíčidla se používají při upínání obrobků na dělicím přístroji nebo také na otočném stole.
Upínací přípravky se používají za účelem rychlejšího, přesnějšího a snadnějšího ustavení a
upnutí obrobků v případě frézování většího počtu kusů.
Obr. 72 Pneumatická upínka
60
3.3.1 Zásady při upínání obrobků na frézkách
– obrobky musí být upnuty ve správné poloze pevně, spolehlivě, bez deformací
– čelisti svěráku, styčné dosedací plochy musí být čisté
– volit takový způsob upnutí, aby řezné síly obrobek přitlačovaly k pevným částem
upínacího zařízení
– obráběná plocha musí být co nejblíže k ploše pracovního stolu frézky
– při upínání obrobků ve svěráku volit jednu širší podložku nebo dvě stejně vysoké a
obrobek při upínání doklepávat na podložky
– tenké obrobky upínat do svěráku s minimálním vyložením, aby nedošlo při frézování k
poškození nástroje
– při upínání pomocí upínek volit podpěrky stejně vysoké jako obrobek a šroub umístit co
nejblíže k obrobku
Kontrolní otázky:
1. Jaké způsoby upínání obrobků na frézkách je možno využívat?
2. Jaké druhy strojních svěráků znáte?
3. Popište různé způsoby vyrovnávání svěráku.
4. Jaké zásady je nutno dodržovat při upínání obrobků?
3.4
Frézování rovinných a pravoúhlých ploch
Při frézování je nutné dodržovat určité zásady bezpečné práce:
– průběžně dodržovat pořádek a čistotu na pracovišti
– kontrolovat používané nástroje a nářadí
– používat vhodné ochranné pomůcky
– pevně a spolehlivě upnout obrobek a nástroj
– třísky v případě potřeby odstraňovat smetáčkem, štětcem, háčkem
– měřit při zastaveném vřetenu frézky
– nezasahovat do pracovního prostoru rukou při otáčejícím se nástroji (např. seřizování
přívodu chladicí kapaliny)
– používat ochranné kryty proti odletujícím třískám
– pracovat pozorně a soustředěně
61
3.4.1 Frézování rovinných ploch válcovými frézami
Při frézování je osa frézy rovnoběžná s obrobenou plochou. Přídavek na frézování
odřezávají zuby na obvodu frézy. Šířka frézy musí být větší než šířka frézované plochy. Podle
vzájemného pohybu nástroje a obrobku rozeznáváme frézování sousledné a nesousledné.
Při nesousledném frézování se obrobek posouvá proti směru otáčení frézy. Tříska se tvoří
postupně od nulové tloušťky na začátku řezu až po její maximální tloušťku při vyjetí zubu ze
záběru. Frézování je proto klidnější, plynulejší. Tento způsob frézování se využívá např. při
frézování výkovků a odlitků, které mají tvrdou povrchovou vrstvu (kůru). Do tvrdé vrstvy
zuby vnikají zespodu a odlamují ji. Tím nedochází k velkému otupení ostří zubu frézy.
Nepříznivý vliv má tangenciální složka řezné síly, která působí směrem nad pracovní stůl
frézky a má snahu vytrhnout obrobek z upínače.
Obr. 73 Frézování válcovou frézou
a - nesousledné frézování, b – sousledné frézování, F – fréza, O – obrobek, n – otáčení frézy, s – posuv
obrobku, sz – posuv na zub frézy, t – hloubka frézování, z – začátek záběru jednotlivých zubů frézy
Při sousledném frézování se obrobek posouvá ve směru otáčení frézy. Zuby začínají
odřezávat třísku v místě s největší tloušťkou a vycházejí ze záběru v místě s nulovou
tloušťkou třísky. Frézování je nárazové. Obrobek je řeznou silou přitlačován k řezné ploše
upínače. To je zvlášť výhodné při frézování tenkostěnných obrobků. Nutné však je, aby byly
vymezeny vůle ve vodicích plochách a posuvných mechanismech stolu.
3.4.2 Frézování rovinných ploch čelními válcovými frézami
Při čelním frézování je osa frézy kolmá k frézované ploše. Jednotlivé zuby frézy odřezávají
třísky téměř stejného průřezu. Zatížení nástroje i stroje po dobu řezání je prakticky stálé, chod
62
stroje je plynulý a rovnoměrný. Materiál odřezávají zuby na obvodě frézy, čelní zuby
obrobenou plochu vyhlazují. Kvalita obrobené plochy je lepší než při frézování válcovou
frézou.
Obr. 74 Čelní frézování
F – čelní válcová fréza, O – obrobek, D –
průměr frézy, B – šířka frézování, n – směr
otáčení frézy, s – posuv obrobku, h – hloubka
frézování
Čelní válcové frézy se používají zejména při frézování na frézkách vertikálních; mohou se
však používat i na frézkách s vřetenem vodorovným. V porovnání s frézováním rovinných
ploch válcovými frézami má frézování čelními frézami tyto výhody:
– je produktivnější, běžně se používají frézy většího průměru (zejména frézovací hlavy)
– upnutí čelní frézy je tužší
– frézování je klidnější, neboť v záběru je vždy několik zubů současně
Při frézování rovinných ploch je třeba dodržet:
– rozměry udané na výkrese
– rovinnost obrobené plochy (kontrola nožovým pravítkem)
– předepsanou jakost povrchu obrobené plochy
Frézování pravoúhlých spojených ploch
Nejdříve je třeba ofrézovat plochu, kterou zvolíme za technologickou základnu. Podle
velikosti přídavků, rozměrů a kvality povrchu opracovaných ploch volíme nejdříve hrubovací
a pak hladicí úběr.
Při frézování nahrubo je úkolem odebrat co nejrychleji přídavek bez velkých požadavků na
přesnost; používá se větších posuvů a menších řezných rychlostí.
Při frézování načisto (poslední úběr) pracuje fréza s malou hloubkou řezu, s menším
posuvem a větší řeznou rychlostí. Hloubka řezu bývá 0,5 až 1,5 mm dle velikostí obrobku.
63
Obr. 75 Postup při frézování hranolu
čpev – pevná čelist svěráku, čpos – posuvná čelist svěráku, V - váleček
Kvalitně obrobené plochy se při upínání ve svěráku chrání před poškozením ochrannými
plechy na čelistech svěráku. Při frézování pravoúhlých ploch je třeba dodržet:
– předepsané rozměry dle výkresu
– rovnoběžnost protilehlých ploch
– kolmost sousedních ploch
– předepsanou drsnost obrobených ploch
Příčinou nedodržení těchto požadavků bývá zpravidla chybné nastavení obrobku, uvolnění
obrobku během frézování, nevhodně zvolené řezné podmínky.
Kontrolní otázky:
1. Vysvětli nesousledné a sousledné frézování.
2. Jaké jsou způsoby frézování rovinných ploch?
3. Co je třeba dodržet při frézování rovinných ploch?
4. Jaký je postup při frézování pravoúhlých ploch?
5. Jaké podmínky je třeba dodržet při frézování pravoúhlých ploch?
64
3.5
Frézování šikmých ploch a výřezů
3.5.1 Frézování šikmých ploch
Šikmé plochy se frézují nejčastěji těmito způsoby:
– úhlovými frézami
– podle orýsování
– s použitím zvláštních podložek pro ustavení polohy obrobku
– s využitím sklopného svěráku
– vykloněním vřeteníku (na vertikální frézce)
Volba konkrétního způsobu frézování je závislá především na velikosti šikmé plochy,
počtu frézovaných obrobků a technickém vybavení dílny.
Frézování šikmých ploch úhlovými frézami
Tohoto způsobu se využívá pro úzké šikmé plochy, poněvadž úhlové frézy mají poměrně
malou délku řezných břitů. Profilový úhel úhlových fréz je odstupňován normou a frézy lze
použít v případě shodného úhlu sklonu šikmé plochy.
Frézování šikmých ploch podle orýsování
Tohoto způsobu se používá pro obrábění jednotlivých obrobků v kusové výrobě. Obrobek
se nejdříve orýsuje dle rozměru na výkrese. Při upínání se obrobek ustaví tak, aby ryska
označující šikmou plochu byla rovnoběžná s čelistmi svěráku. K tomu se používají podložky
umístěné na čelistech svěráku.
Frézování s použitím zvláštních podložek
Podložky slouží k rychlejšímu a přesnějšímu ustavení obrobku. Je třeba volit takovou
speciální podložku, aby budoucí šikmá plocha byla rovnoběžná s pracovním stolem frézky.
Obr. 76 Použití šikmé podložky
O – obrobek, P – šikmá podložka, 1 –
opěrná plocha, 2 – obráběná plocha, n
– směr otáčení frézy
65
Frézování šikmých ploch s použitím sklopných svěráků
Sklopné svěráky jsou často kombinovány s otočnými a patří k zvláštnímu příslušenství
frézky. Pracovní poloha obrobku se zabezpečuje natočením sklopné části svěráku pod
požadovaným sklonem. Úhel natočení se odečítá na úhlové stupnici svěráku. Rozsah natočení
bývá do 45° na obě strany.
Frézování šikmých ploch vykloněním vřeteníku
Rozsah vyklonění (natočení) bývá do 45° na obě strany od svislé polohy. Vřeteník lze
natáčet po uvolnění matic na jeho zadní straně. Úhel vyklonění se odečítá na úhlové stupnici.
Při tomto způsobu může být osa frézy při vyklonění vřeteníku rovnoběžná se šikmou plochou
nebo kolmá na šikmou plochu.
Obr. 77 Vyklonění vřeteníkové hlavy
α – úhel vyklonění vřeteníkové hlavy
β – úhel sklonu šikmé plochy
Pokud je osa frézy rovnoběžná se šikmou plochou, platí pro úhel vyklonění vřeteníku:
α = 90°- β
Jestliže je osa frézy kolmá na frézovanou šikmou plochu , je úhel vyklonění vřeteníku
shodný s úhlem sklonu šikmé plochy: α = β
3.5.2 Frézování výřezů
Výřezy se vyskytují například u hlavy základového šroubu (kamene) pro upínání obrobků
pomocí upínek. Pro jejich frézování lze použít válcové čelní frézy nebo také frézy kotoučové.
66
Obr. 78 Postup při frézování výřezů
Je možné frézovat postupně jeden výřez po druhém, nebo použít složenou (sdruženou)
frézu. Složenou frézou jsou, v případě frézování výřezů "kamene", dvě kotoučové frézy
stejného průměru, které jsou upnuté na jednom společném trnu.
67
Obr. 79 Frézování dvou výřezů současně
Tohoto způsobu se s výhodou používá při frézování většího počtu kusů. Frézování je pak
rychlejší a přesnější.
Kontrolní otázky:
1. Uveď způsoby frézování šikmých ploch.
2. V jakých případech se využívají jednotlivé způsoby frézování šikmých ploch?
3. Urči úhel vyklonění vřeteníku pro zadaný způsob frézování a konkrétní úhel sklonu
šikmé plochy.
4. Jaký je postup při frézování výřezů?
5. V jakých případech a jak lze urychlit frézování výřezů?
68
Obsah:
1.
Základy teorie třískového obrábění _________________________________________3
1.1
1.1.1
Pohyby při soustružení: _________________________________________________________ 4
1.1.2
Pohyby při frézování: __________________________________________________________ 4
1.2
1.2.1
1.3
Princip oddělování materiálu, vznik třísky ____________________________________6
Druhy třísek __________________________________________________________________ 7
Geometrie řezného nástroje ________________________________________________8
1.3.1
Geometrie soustružnického nože __________________________________________________ 9
1.3.2
Geometrie zubu frézy__________________________________________________________ 11
1.4
Řezná síla, řezný odpor ___________________________________________________12
1.4.1
Řezná síla___________________________________________________________________ 12
1.4.2
Řezný odpor _________________________________________________________________ 13
1.5
Druhy řezných materiálů, konstrukce nástrojů _______________________________14
1.5.1
Nástrojové oceli slitinové (legované)______________________________________________ 14
1.5.2
Slinuté karbidy (SK) __________________________________________________________ 14
1.5.3
Keramické řezné materiály _____________________________________________________ 16
1.5.4
Syntetické diamanty___________________________________________________________ 17
1.5.5
Kubický nitrid boru (KNB) _____________________________________________________ 17
1.6
Obrobitelnost materiálu __________________________________________________17
1.6.1
Rozdělení materiálu podle kategorií ______________________________________________ 19
1.6.2
Rozsah skupin obrobitelnosti materiálů ____________________________________________ 19
1.7
1.7.1
2
Pohyby při strojním obrábění ______________________________________________3
Řezné podmínky ________________________________________________________20
Optimální pracovní podmínky při obrábění _________________________________________ 22
SOUSTRUŽENÍ _______________________________________________________23
2.1
Rozdělení soustruhů, jejich charakteristika, hlavní části _______________________23
2.1.1
Hrotové soustruhy ____________________________________________________________ 23
2.1.2
Čelní soustruhy ______________________________________________________________ 27
2.1.3
Svislé soustruhy (karusely) _____________________________________________________ 28
2.1.4
Revolverové soustruhy_________________________________________________________ 28
2.1.5
Automatické soustruhy ________________________________________________________ 29
2.1.6
Číslicově řízené soustruhy (NC a CNC stroje) ______________________________________ 29
2.2
Nástroje používané na soustruzích__________________________________________30
2.2.1
Druhy soustružnických nožů, jejich upínání ________________________________________ 30
2.2.2
Upínání osových nástrojů na soustruhu ____________________________________________ 32
2.3
2.3.1
Upínání obrobků v univerzálním sklíčidle __________________________________________ 34
2.3.2
Upínání v lícních deskách ______________________________________________________ 35
2.3.3
Upínání v kleštině_____________________________________________________________ 35
2.3.4
Upínání mezi hroty ____________________________________________________________ 36
2.3.5
Zásady upínání obrobků na soustruhu _____________________________________________ 37
2.4
Soustružení čelních a vnějších válcových ploch_______________________________ 38
2.4.1
Soustružení čelních ploch_______________________________________________________ 38
2.4.2
Soustružení vnějších válcových ploch _____________________________________________ 39
2.4.3
Soustružení osazených válcových ploch ___________________________________________ 40
2.5
3
Způsoby upínání obrobků na soustruhu ____________________________________ 33
Vrtání a soustružení vnitřních válcových ploch ______________________________ 41
2.5.1
Vrtání na soustruhu____________________________________________________________ 41
2.5.2
Soustružení válcových děr ______________________________________________________ 43
Frézování ____________________________________________________________ 44
3.1
Rozdělení frézek ________________________________________________________ 44
3.1.1
Konzolové frézky FA, FB, FD __________________________________________________ 44
3.1.2
Stolové frézky FC ____________________________________________________________ 46
3.1.3
Rovinné frézky FR ___________________________________________________________ 47
3.1.4
Nástrojařské frézky FN ________________________________________________________ 47
3.1.5
Kopírovací frézky FK_________________________________________________________ 49
3.1.6
Odvalovací frézky FO _________________________________________________________ 49
3.2
Rozdělení a upínání fréz _________________________________________________ 50
3.2.1
Frézy rozdělujeme podle několika kritérií:__________________________________________ 50
3.2.2
Způsoby upínání fréz __________________________________________________________ 55
3.2.3
Zásady pro upínání fréz ________________________________________________________ 57
3.3
3.3.1
3.4
Upínání obrobků na frézkách _____________________________________________ 58
Zásady při upínání obrobků na frézkách ___________________________________________ 61
Frézování rovinných a pravoúhlých ploch___________________________________ 61
3.4.1
Frézování rovinných ploch válcovými frézami ______________________________________ 62
3.4.2
Frézování rovinných ploch čelními válcovými frézami ________________________________ 62
3.5
Frézování šikmých ploch a výřezů _________________________________________ 65
3.5.1
Frézování šikmých ploch _______________________________________________________ 65
3.5.2
Frézování výřezů _____________________________________________________________ 66