Obróbka metali i oprzyrządowanie obrabiarek

W technologii budowy maszyn półfabrykaty, podlegające obróbce, nazywa się półwyrobami. Najważniejszym parametrem części jest jej kształt geometryczny. Kształt, który ma półwyrób, kiedy dostarcza się go do przeprowadzenia pewnej operacji, nazywa się początkowym; półwyrób w swoim stanie początkowym określany jest jako surowy. Ostatecznie obrobiona część nazywa się "część gotowa" lub po prostu "część", posiada ona wymagany kształt. Kształty, które półwyrób przybiera w procesie transformacji pomiędzy dwoma roboczymi przejściami, określane są jako formy przejściowe. Rozpatrywanych zmian, zachodzących w geometrycznym kształcie półwyrobu, dokonuje się poprzez usuwanie cząstek materiału drogą mechaniczną. Proces ten określa się jako cięcie. Podczas gdy terminu "cięcie" używa się w stosunku do procesu cięcia, pojęcie "obróbka" jest bardziej odpowiednie do obróbki półwyrobu, natomiast pojęcie "struganie" odnosi się do usunięcia warstwy materiału.

Zmiany kształtu półwyrobu dokonuje się za pośrednictwem narzędzia, które może współgrać z określoną lub nieokreśloną geometrią części tnącej. Narzędzie i półwyrób tworzą roboczą parę i dotykają się w procesie cięcia, tworząc w ten sposób strefę wzajemnego oddziaływania. Tworzenie kształtu za pomocą strugania odbywa się przy obróbce półwyrobu narzędziem tnącym o określonej geometrii lub przy względnym ruchu narzędzia i półwyrobu, oraz przy połączeniu obydwu sposobów. Celowe nadanie półwyrobom zadanego kształtu za pomocą sposobów i środków obróbki, których używa się do strugania, określane jest jako technika cięcia.

W zależności od sposobu obróbki w technice cięcia dobiera się środki techniczne: obrabiarkę do skrawania metali, narzędzia tnące, wyposażenie technologiczne (urządzenia zaciskowe, dodatkowe narzędzia i urządzenia), przybory pomiarowe.

Dla obróbki przez cięcie za pomocą narzędzia o określonej geometrii zgodnie z normami DIN 8589 aktualne są następujące definicje:

• toczenie - jest to obróbka o zamkniętym (najczęściej kołowym) ruchu cięcia i dowolnym ruchu posuwu w jednej z płaszczyzn, które są prostopadłe w stosunku do kierunku ruchu cięcia; oś, dookoła której odbywa się kołowy ruch cięcia, zachowuje swoją pozycję odnośnie półwyrobu przy różnych kierunkach ruchu posuwu;
• wiercenie - jest to obróbka o zamkniętym kołowym ruchu cięcia, przy czym narzędzie może dokonywać ruchu posuwu tylko w kierunku osi obrotu; oś, dookoła której dokonuje się ruchu cięcia, zachowuje swoją pozycję odnośnie narzędzia i półwyrobu niezależnie od kierunku ruchu posuwu;
• frezowanie - jest to obróbka narzędziem, które doświadcza kołowego ruchu cięcia i rozmaitych ruchów posuwu; oś obrotu ruchu cięcia zachowuje swoją pozycję odnośnie narzędzia, niezależnie od kierunku ruchu posuwu;
• struganie i wykonywanie powierzchni falistej - jest to obróbka o krokopodobnych, powtarzających się, najczęściej prostych ruchach cięcia i krokopodobnym ruchu posuwu w kierunku, prostopadłym odnośnie kierunku cięcia;
• przeciąganie - jest to obróbka narzędziem wielozębowym o prostym, śrubowym lub kołowym ruchu cięcia; ruchu posuwu dokonuje się poprzez podnoszenie (rozmieszenie stopniami) tnących zębów narzędzia;
• obróbka piłą - jest to obróbka poprzez cięcie o kołowym lub prostym ruchu cięcia, którego doświadcza narzędzie i dowolne ruchy posuwu w płaszczyźnie, która jest prostopadła odnośnie ruchu cięcia; tego rodzaju obróbkę stosuje się do odcinania lub wycinania rowków wielowypustowych w półwyrobach obrabianych narzędziem o dużej ilości zębów i niewielkiej szerokości cięcia;
• opiłowywanie - jest to obróbka poprzez cięcie o powtarzającym się, prostym lub kołowym ruchu cięcia i z wiórami o małej grubości, za pomocą narzędzia z zębami o małej wysokości i szczelnie do siebie przylegającymi.

Dla technologicznych sposobów obróbki poprzez cięcie za pomocą narzędzi o nieokreślonej geometrii sprawiedliwe są następujące określenia:

• szlifowanie - jest to obróbka narzędziem o wielu krawędziach, których geometryczna nieokreśloność części tnącej polega na dużej ilości ziaren z naturalnych lub syntetycznych materiałów szlifierskich; obróbki dokonuje się z dużą szybkością cięcia, usunięcie materiału często odbywa się przy niestałym zetknięciu się półwyrobu z ziarnem szlifierskim;
• gładzenie - jest to obróbka narzędziem o wielu tnących krawędziach, których geometryczna nieokreśloność części tnącej polega na dużej ilości ziaren z naturalnych lub syntetycznych materiałów szlifierskich; usunięcie materiału często odbywa się przy stałym kontakcie półwyrobu z ziarnem szlifierskim;
• docieranie (dogładzanie, polerowanie) - jest to obróbka luźnym ziarnem, które znajduje się w płynie lub kremie (mieszanka do docierania) i porusza się odnośnie półwyrobu przy pomocy docieraka, którego kształt powierzchni roboczej zwykle jest analogiczny do kształtu obrabianej powierzchni; ruch możliwie nieregularny;
• obróbka w bębnie do polerowania - jest to cięcie, przy którym półwyrób i szlifierskie ziarna lub mieszanka do docierania, załadowane do pojemnika, dokonują dowolnych względnych przemieszczeń, przy tym odbywa się proces szlifowania lub docierania;
• obróbka promieniowa - jest to obróbka za pomocą promieniowania, które ze źródła energii trafia na obrabianą powierzchnię..

Przy obróbce poprzez cięcie ważny jest każdy element systemu technologicznego obrabiarka - urządzenie - narzędzie - część. Najważniejszym ogniwem jest, oczywiście, obrabiarka do skrawania metali, która może mieć sterowanie ręczne, sterowanie numeryczne (SN), system sterowania CNC. Ale również urządzenie (oprzyrządowanie obrabiarek) bezpośrednio oddziałuje na precyzję obróbki. Decydującymi cechami urządzeń są precyzja ich wykonania i sztywność konstrukcji. Precyzja wykonania oprzyrządowania określa błąd w rozmieszczeniu na obrabiarce tnącego narzędzia i półwyrobu, co w wielu przypadkach określa błędy w kształcie i rozmiarach obrabianych części. Takie eksploatacyjne charakterystyki oprzyrządowania i urządzeń, jak sztywność i odporność na drgania, wywierają duży wpływ nie tylko na precyzję, ale również na parametry szorstkości obrabianych powierzchni, oraz na wytrzymałość tnącego narzędzia. Ekonomiczna skuteczność obróbki części zależy od stopnia korzystania z wyposażenia technologicznego. Zaopatrzenie obrabiarek w urządzenia i oprzyrządowanie, które poszerzają ich możliwości technologiczne, daje największy efekt w warunkach produkcji indywidualnej i seryjnej, przy tym rekompensuje się brak tych lub innych rodzajów wyposażenia, usuwa się dodatkowe przerzucanie części z obrabiarki na obrabiarkę, likwiduje się niedociążenie poszczególnych rodzajów obrabiarek. Rola tych urządzeń jest bardzo istotna. W wielu przypadkach określają one precyzję i wydajność obróbki, umożliwiają realizację zaplanowanych operacji i koncentrację procesów dotyczących wyrobu części. Urządzenia dla narzędzia służącego do obróbki metali (często też się go nazywa narzędziem dodatkowym) poszerzają technologiczne możliwości obrabiarek, zwiększają poziom mechanizacji i automatyzacji procesów produkcyjnych i wyposażenia, wpływają na zwiększenie niezawodności operacji technologicznych. Oprzyrządowania obrabiarki i urządzenia dobiera się, z reguły, na podstawie istniejącej obrabiarki według już wybranego narzędzia tnącego, nadającego się na dane przejście operacji procesu technologicznego. Urządzenie powinno mieć, z jednej strony, powierzchnię instalacyjną i elementy mocowania odpowiadające półwyrobowi, z drugiej zaś - powierzchnie instalacyjne i elementy mocowania, odpowiadające miejscom osadzania obrabiarki.

Oprzyrządowanie obrabiarki i urządzenia różnią się pod względem rodzajów i konstrukcji. Instaluje się w nich i umocowuje noże, wiertła, gwintowniki, narzynki, rozwiertaki, frezy i inne narzędzia, półwyroby i części, które się obrabia mechanicznie. Często oprzyrządowanie obrabiarki i urządzenia zapewniają nie tylko instalację i mocowanie na obrabiarce do skrawania metali narzędzia tnącego lub półwyrobu, ale również regulację położenia narzędzia lub części.