Narzędzia mechaniczne

i automatyczne: obrabiarki(frezarki, wiertarki, tokarki, strugarki)

O

brabiarka jest to maszyna, która poprzez mechaniczną obróbkę tworzywa (metal, drewno, tworzywa sztuczne) nadaje mu pożądany kształt, rozmiar, odpowiednią powierzchnię. Obróbki materiału dokonuje się poprzez zamocowane w obrabiarce narzędzia. W zależności od metody kształtowania powierzchni obrabiarki dzielimy na maszyny do obróbki plastycznej, skrawającej i erozyjnej. Do obrabiarek plastycznych zalicza się m.in. kuźniarki, prasy, młoty, walcarki. Za przykład obrabiarki erozyjnej posłużyć może drążarka.

Najbardziej liczną grupę obrabiarek stanowią obrabiarki skrawające. Stosuje się je w celu nadania przedmiotowi odpowiedniego kształtu. Dokonuje się tego poprzez mechaniczne oddzielenie nadmiaru materiału. Obrabiarki skrawające to m.in.: tokarki, wiertarki, frezarki, piły, strugarki, dłutownice, przeciągarki, szlifierki.

W zależności od zastosowania możemy wyróżnić następujące typy obrabiarek:

ogólne – używane do produkcji pojedynczych elementów specjalizowane – używane przy wyrobie konkretnych robót, np. tokarka używana jest do toczenia elementów specjalne – stosowane w określonej gałęzi przemysłu, np. tokarki dla przemysłu stolarskiego do toczenia elementów ozdobnych mebli

Wyróżnia się następujące podstawowe formy obróbki tworzyw:

1.  Szlifowanie – wykonywane z użyciem ściernicy zamontowanej w szlifierce. Narzędzie wykonuje szybkie ruchy obrotowe, zmniejszając tym samym chropowatość powierzchni, co za tym idzie obrabiany przedmiot staje się wygładzony.

2.  Struganie

3.  Wiercenie

4.  Frezowanie

5.  Toczenie

W określonym sposobie skrawania można wyróżnić odmiany skrawania. Na przykład podczas toczenia: toczenie zewnętrzne, wytaczanie, toczenie czołowe; podczas strugania: struganie wzdłużne, poprzeczne, dłutowanie.

W zależności od tego jak dokładny efekt chcemy uzyskać, obrabiarki można dodatkowo podzielić na: zgrubne, średnio dokładne, dokładne i bardzo dokładne.

Frezarka

F

rezowanie jest jednym z najczęściej używanych sposobów obróbki skrawaniem. Jest to przede wszystkim kształtowanie powierzchni poprzez wykonywanie w niej rowków, kanalików, uzębień. Procesu tego dokonuje się za pomocą maszyny zwanej frezarką. Innymi słowy, frezarki służą do kształtowania elementów, nadają im odpowiednie wymiary i gładkość powierzchni. Jej nazwa pochodzi od freza, które jest narzędziem obróbczym zamontowanym we frezarce.  Cechą charakterystyczną freza jest jego ruch obrotowy podczas skrawania.

Frezem nazywane jest narzędzie skrawające, które na powierzchni czołowej lub walcowej ma umieszczone ostrza. Małe frezy wykonane są najczęściej z jednego kawałka stali, duże zaś są zbudowane z korpusu i przylutowanymi do niego ostrzami. Najczęstszym materiałem wykorzystanym do produkcji tych narzędzi jest stal szybkoschnąca, kobalt oraz węglik spiekany. Wzależności od rodzaju ostrzy frezy dzieli się na ścinowe oraz zataczane. Podczas obróbki frez wykonuje ruch obrotowy, natomiast przedmiot poddawany obróbce wykonuje względem freza ruch posuwowy prostoliniowy lub krzywoliniowy. Posuw może być ręczny lub zmechanizowany. Zęby (ostrza) freza wbijając się kolejno w materiał wycinają wióry o różnych rozmiarach nadając tym samym oczekiwany kształt elementu. Biorąc pod uwagę kształt frezów można je sklasyfikować następująco: walcowe, walcowo-czołowe, trzpieniowe, głowice frezowe specjalne oraz inne.

Frezarki są maszynami powszechnie stosowanymi w zakładach produkcyjnych i warsztatach. Są wykorzystywane przy obróbce części maszyn, narzędzi, elementów silników, a także w stolarstwie przy obróbce mebli.

W zależności od przeznaczenia można je podzielić na frezarki:

ogólnego przeznaczenia – najczęściej spotykane, umożliwiają obróbkę rożnych powierzchni na różnych przedmiotach obrabianych (frezarki stołowe, wspornikowe, bezwspornikowe, wzdłużne, karuzelowe) specjalizowane – umożliwiają obróbkę określonych powierzchni na różnych przedmiotach (frezarki-kopiarki, do gwintów) specjalne – przeznaczone do wykonywania określonych operacji na wybranych przedmiotach (frezarki narzędziowe, dla hutnictwa)

Najbardziej rozpowszechnione są frezarki ogólnego przeznaczenia, które podzielić można na następujące odmiany:

1.  stołowe

2.  wspornikowe (konsolowe)

3.  bezwspornikowe (bezkonsolowe)

4.  wzdłużne

5.  karuzelowe

6.  bębnowe

7.   

Frezarki stołowe ustawiane są na stołach warsztatowych przeznaczone są do wykonywania precyzyjnych prac (nastawianie wymiarów odbywa się tu z dokładnością 0,01 - 0,001 mm) na małych przedmiotach obrabianych. We frezarkach stołowych napęd ruchu głównego jest mechaniczny (od silnika elektrycznego), a ruchów posuwowych - ręczny.

Frezarki wspornikowe spotykane są w prawie każdym zakładzie produkcyjnym przemysłu maszynowego. Frezarki te wyposażone są w tak zwany wspornik, (na którym usytuowany jest stół frezarki), który może być przemieszczany pionowo po prowadnicach korpusu. Napęd ruchów: głównego i posuwowych, jest w tych frezarkach mechaniczny. Frezarki wspornikowe budowane są jako: poziome i pionowe.

Frezarka wspornikowa pozioma ma poziomo ułożyskowane wrzeciono. Podczas obróbki narzędzie zamocowane we wrzecionie bezpośrednio lub za pośrednictwem trzpienia frezarskiego - wykonuje ruch główny. Przedmiot obrabiany mocowany jest na stole frezarki i wykonuje ruchy posuwowe oraz nastawcze. Stół frezarski może przemieszczać się w następujących kierunkach:

- poziomo wzdłuż frezarki (posuw wzdłużny),

- poziomo w poprzek obrabiarki (posuw poprzeczny),

- pionowo (nastawianie głębokości skrawania).

Frezarki bezwspornikowe nazywane również produkcyjnymi lub lożowymi, przeznaczone są do obróbki dużych i ciężkich przedmiotów. Frezarki te mają stół krzyżowy usytuowany na łożu obrabiarki; sanie wzdłużne stołu mogą się przesuwać po prowadnicach łoża, a sanie poprzeczne po prowadnicach wykonanych na górnej powierzchni sani wzdłużnych. Wrzeciennik frezarki może być przemieszczany pionowo, po prowadnicach wykonanych w korpusie.

Frezarki wzdłużne przeznaczone są do obróbki korpusów maszyn. Stół frezarki może się przemieszczać wzdłużnie po prowadnicach wykonanych na łożu. Narzędzia mocowane są we wrzecionach wrzecienników górnych i bocznych.

W przypadku frezarek bębnowych, przedmioty obrabiane mocowane są na bębnie obracającym się wokół poziomej osi. Frezarka wyposażona jest w cztery wrzecienniki, które mogą się przesuwać pionowo, po prowadnicach wykonanych w stojakach. Wrzecienniki mogą przemieszczać się również wzdłuż osi wrzecion. Każdy z wrzecienników ma indywidualny napęd ruchu głównego.

Do robót specjalnych stosuje się frezarki do gwintów, frezarki do kół zębatych, frezarki karuzelowe(ze stołem obrotowym), frezarki do rowków wpustowych, frezarki do krzywek oraz frezarki-kopiarki.

Frezarki mające elektroniczne wyposażenie, rozbudowane funkcje i sterowanie numeryczne, to frezarki CNC - Computerized Numerical Control.

Wyposażenie standardowe i dodatkowe rozmaitych frezarek bywa bardzo różne, w zależności od przeznaczenia frezarki. W przypadku frezarki CNC w skład wyposażenia standardowe mogą wejść: przekładnie śrubowe toczne, wrzeciono poziome i pionowe, pozycjonowanie wrzeciona, instalacja chłodzenia narzędzia, kabina osłaniająca przestrzeń roboczą, lampa oświetleniowa, podtrzymka do długich trzpieni, osłony prowadnic i klucze obsługowe. Natomiast w wyposażeniu dodatkowym mogą się znaleźć: sonda do pomiaru narzędzia, sonda do pomiaru przedmiotu, elektroniczne kółko ręczne, liniały pomiarowe w trzech osiach, podzielnica z konikiem, stół obrotowy CNC, stół uchylny, stół płytowy, imadła, trzpienie i oprawki, karta Ethernet, głowica wytaczarska nastawna i oprogramowanie.

Wiertarka

W

iercenie jest to jeden ze sposobów obróbki skrawaniem. Polega on na tworzeniu pionowych otworów w obrabianym przedmiocie. Narzędziem używanym podczas wiercenia jest wiertarka. Głównym narzędziem wykonującym otwory jest wiertło. Wiertło wykonuje ruchy obrotowe, w kontakcie z materiałem jego ostrza wrzynają się w powierzchnię, wydłubując tym samym zbędny materiał tworząc otwory. Wiertła można podzielić pod względem ich przeznaczenia.

Wyróżniane są między innymi wiertła:

A.  do metalu z ostrzem stalowym,

B. do drewna kręte,

C.  do betonu z ostrzem z węglików,

D.  do drewna piórkowe,

E. uniwersalne do metalu lub betonu z ostrzem z węglików

F. do blach

G.  uniwersalne (do metalu, drewna, tworzyw)

Wiertarki są to mechaniczne urządzenia skrawające służące do wiercenia, rozwiercania, nawiercania, gwintowania i pogłębiania okrągłych otworów przy pomocy wiertła. Za pomocą wiertarki można też wkręcać i wykręcać śruby oraz wkręty. Używając dodatkowego osprzętu, można również szlifować, polerować, mieszać farby, kleje i zaprawy, frezować, usuwać rdzę.

Wiertarki maja wiele modeli i typów, a  są to m.in.:

stojakowe kadłubowe, wspornik stołu jest podtrzymywany podpórką śrubową, która opiera się o płytę podstawy. Z uwagi na ciężar obrabianych przedmiotów oraz duże siły posuwu podpórka jest konieczna. Skrzynka posuwów może być napędzana mechanicznie lub przesuwana za pośrednictwem dźwigni. promieniowe, składają się z podstawy, kolumny, słupa, ramienia promieniowego, wrzeciennika, stołu i przeważnie dwóch silników elektrycznych (jeden do napędu wrzeciennika, drugi do przesuwania ramienia). Ramię, zwane wysięgnikiem, można obracać dokoła słupa i przesuwać w kierunku pionowym. Wrzeciennik napędzany silnikiem przesuwa się na prowadnicach wzdłuż ramienia. Dzięki takiej budowie na wiertarkach promieniowych można wiercić otwory w różnych miejscach przedmiotu bez zmiany jego położenia. wielowrzecionowe (pęczkowe) służą do jednoczesnego wiercenia wielu otworów w przedmiotach obrabianych seryjnie. Wrzeciennik w tych wiertarkach jest wyposażony w wiele wrzecion, które mogą być ustawiane w dowolnej odległości od osi głównego wrzeciona wiertarki. specjalizowane, do grupy wiertarek specjalizowanych należy m.in. wiertarka współrzędnościowa. Służy ona do obróbki dokładnych otworów o bardzo dokładnym rozstawieniu ich osi. Odznacza się sztywną i precyzyjną budową, odporną na drgania i odkształcenia oraz bardzo dokładnym ułożyskowaniem wrzeciona. Stół wiertarki z zamocowanym przedmiotem można przesuwać w dwóch prostopadłych do siebie kierunkach. Do dokładnego przesuwu stołu służą precyzyjne urządzenia nastawcze (najczęściej optyczne) dzięki którym można uzyskać bardzo wielką dokładność rozstawienia osi otworów w obrabianym przedmiocie.  udarowe, przeznaczone są do robienia otworów w drewnie, metalu, tworzywa  ch sztucznych. Udar, czyli połączenie obrotowego ruchu wiertła z ruchem posuwistym, umożliwia też wiercenie w betonie lekkim, ceramice budowlanej i w innych materiałach do murowania ścian.

Działanie wiertarki:

Wiercenie wykonuje narzędzie, które jest osadzone w gnieździe wrzeciona roboczego, które wykonuje ruch roboczy dookoła własnej osi oraz posuwowy (prostoliniowy) w głąb materiału. Wrzeciono topodstawowy element roboczy w wiertarce o ruchu roboczym obrotowym. Ma kształt wału, służy do osadzania narzędzia (wiertła itp.) którym będzie wykonywana praca. Układem napędowym (poruszającym wrzeciono) jest silnik elektryczny. W silniku tym wirnik obraca się dzięki temu, że uzwojenia przewodzące prąd umieszczone są w polu magnetycznym. Elektromagnes (stojan) wytwarza pole magnetyczne. Prąd podawany jest na uzwojenia wirnika. Pola magnetyczne uzwojenia i stojana oddziałują na siebie, powodując nieznaczny obrót wirnika. Prąd podawany jest wówczas na następne uzwojenie. Cały proces przebiega bardzo szybko i silnik obraca się.

Tokarka

T

oczenie jest to sposób obróbki skrawaniem polegający na oddzielaniu nożem tokarskim warstwy materiału z przedmiotu, na obrabiarce zwanej tokarką.

Zależnie od kierunku ruchu posuwowego noża względem osi obrotu przedmiotu rozróżnia się toczenie:

wzdłużne - kierunek posuwu noża równoległy do osi obrotu przedmiotu poprzeczne - kierunek posuwu prostopadły do osi obrotu przedmiotu kopiowe tj. według wzornika sterującego ruchem posuwowym noża po dowolnej w zasadzie linii.

Toczenie może być wykonywane nożem pojedynczym lub jednocześnie kilkoma nożami zamocowanymi w jednym imaku (toczenie wielonożowe). Toczeniem kształtowym nazywa się toczenie krótkich brył obrotowych niecylindrycznych za pomocą noża, którego ostrze ma kształt tworzącej obrabianego przedmiotu.

Tokarka jest to inaczej mówiąc obrabiarka przeznaczona do obróbki skrawaniem przedmiotów najczęściej o powierzchni brył obrotowych (wałki, stożki, kule, gwinty wewnętrzne i zewnętrzne). Poza toczeniem można wykonywać operacje: wytaczania, wiercenia, rozwiercania, przecinania, radełkowania, a z użyciem dodatkowych przyrządów również frezowania i szlifowania. Narzędziem obróbczym są najczęściej nóż tokarski, wiertło lub narzędzia do gwintów. Obróbka na tokarce nazywa się toczeniem. Toczenie wykonuje się poprzez wprawienie obrabianego przedmiotu w ruch obrotowy, a następnie skrawanie jego powierzchni narzędziem obróbczym. Obrabiany przedmiot mocuje się w tym celu w uchwycie bądź między kłami.

Podstawowym rodzajem tokarki jest tokarka kłowa, umożliwiająca zamocowanie przedmiotu obrabianego w kłach znajdujących się we wrzecionie i w koniku. Wrzeciono jest napędzane silnikiem elektrycznym za pośrednictwem przekładni zębatych, które nadają przedmiotowi obrabianemu różne prędkości obrotowe, zależnie od wymagań prędkości skrawania i średnicy przedmiotu. Nóż zamocowany w imaku może się przesuwać razem z suportem wzdłuż prowadnic łoża (przesuw wzdłużny) oraz poprzecznie względem osi wrzeciona (przesuw poprzeczny). Niezależnie od tego możliwe jest ręczne przesuwanie górnych sań narzędziowych, co wykorzystuje się do ustawienia noża względem przedmiotu oraz do toczenia krótkich przedmiotów. Mechanizm posuwu noża tokarskiego uzyskuje się od skrzynki posuwów za pośrednictwem wałka pociągowego (przy toczeniu wzdłużnym i poprzecznym) lub śruby pociągowej (przy toczeniu gwintów). Ruch obrotowy jest przenoszony z wrzeciona na przedmiot obrabiany za pomocą zabieraka lub uchwytu szczękowego.

Wśród tokarek rozróżnia się:

1.  Tokarki stołowe - ustawiane na stole, przeznaczone do obróbki małych przedmiotów.

2.  Tokarki produkcyjne - bez śruby pociągowej, umożliwiające wykonywane wszelkich robót tokarskich za wyjątkiem gwintowania.

3.  Tokarki pociągowe - wyposażone w wałek pociągowy i śrubę pociągową, która umożliwia nacinanie gwintu.

4.  Tokarki ciężkie - stosowane w różnych gałęziach przemysłu ciężkiego.

Najbardziej typowym i najczęściej używanym w obróbce skrawaniem narzędziem jest nóż tokarski. Składa się on z dwóch zasadniczych części: trzonka (chwytu) i części roboczej.

Część chwytająca służy do ustawienia położenia narzędzia względem obrabiarki i jego zamocowania w imaku tokarki. Natomiast część robocza narzędzia obejmuje elementy konstrukcyjne, związane bezpośrednio z pracą narzędzia.

Poszczególne elementy części noża to:

powierzchnia natarcia, powierzchnia przyłożenia, główna powierzchnia przyłożenia, pomocnicza powierzchnia przyłożenia.

Rodzaje noży tokarskich:

  I.  Noże zdzieraki i wykańczaki - Noże zdzieraki służą do obróbki zgrubnej i odznaczają się masywną budową. Mogą być proste lub wygięte oraz lewe i prawe. Noże wykańczaki są stosowane do obróbki dokładnej i wykańczającej. Zdejmują one cienką warstwę materiału i nie są tak masywne jak zdzieraki.

II.  Noże odsadzone- mogą być lewe, prawe i obustronne. W nożach lewych i prawych część robocza jest przesunięta w kierunku kciuka lub prawej ręki. Natomiast w nożu odsadzonym obustronnie część robocza jest węższa od chwytu (trzonka) i względem niego jest odsadzona symetrycznie.

III.  Noże oprawkowe- noże te charakteryzują się małymi wymiarami chwytów. Są mocowane w oprawce nożowej i dopiero wtedy w suporcie.

  IV.  Noże zwykłe i kształtowe- w nożach kształtowych zarys krawędzi jest taki jaki ma być zarys części wykańczanej tym nożem. Nóż wykonuje ruch prostopadły do osi obrabianego przedmiotu.

V.  Noże jednolite- zgrzewane oporowo lub z nakładanymi płytkami są wykonywane z węglowej stali narzędziowej lub ze stali węglowej albo stopowej.

Strugarka

S

truganie jest to obróbka skrawaniem stosowana głównie do obróbki płaszczyzn. Ruch skrawający może wykonywać narzędzie (struganie poprzeczne stosowane przy małych obrabianych powierzchni) lub obrabiany przedmiot (struganie wzdłużne stosowane przy dużych długościach obrabianych powierzchni). Struganie wykonuje się na obrabiarkach zwanych strugarkami.

Struganiem obrabia się powierzchnie płaskie. Prostoliniowy ruch noża względem przedmiotu składa się z ruchu roboczego o mniejszej prędkości i ruchu jałowego (powrotnego) o większej prędkości. Ruch posuwowy, czyli przesuw narzędzia względem przedmiotu w kierunku poprzecznym, jest ruchem przerywanym i następuje po zakończeniu każdego ruchu jałowego w ruch roboczy. Rozróżnia się struganie: wzdłużne oraz poprzeczne. Podczas strugania wzdłużnego ruch roboczy wykonuje przedmiot obrabiany, a ruch posuwowy narzędzie. Natomiast podczas strugania poprzecznego ruch roboczy wykonuje narzędzie, a ruch posuwowy przedmiot.

Strugarki dzieli się na:

poprzeczne, wzdłużne pionowe (dłutownice).

W strugarkach poprzecznych stół razem z przedmiotem wykonuje ruch posuwowy, prostopadły do kierunku ruchu suwaka. Postępowo-zwrotny ruch suwaka uzyskuje się za pomocą mechanizmu jarzmowego lub urządzenia hydraulicznego.

W strugarkach wzdłużnych prostoliniowy ruch roboczy wykonuje przedmiot na stole osadzonym w prowadnicach łoża.

W strugarkach pionowych kierunek ruchu roboczego noża jest prostopadły do powierzchni stołu.

Struganie jest mało wydajnym sposobem obróbki, umożliwia jednak uzyskanie dużej dokładności wymiarów. Znajduje zastosowanie w produkcji jednostkowej i małoseryjnej. Metodą strugania można również obrabiać koła zębate walcowe i stożkowe.

Żeliwny kadłub strugarki łączy wszystkie jej zespoły w całość. Odchylny imak nożowy wraz z suportem jest zamocowany na czołowej płaszczyźnie suwaka. Do skośnego strugania powierzchni suport obraca się o odpowiedni kąt dookoła osi poziomej, przy czym wartość kąta nastawia się wg podziałki. Suwak można przestawić względem stołu za pomocą śruby, dzięki czemu można strugać bliżej lub dalej od kadłuba. Po ustaleniu położenia suwaka względem stołu blokuje się go za pomocą zacisku.

Stół strugarki, osadzony w prowadnicach, otrzymuje napęd w kierunku poprzecznym od śruby, sanie zaś – w kierunku pionowym po prowadnicach kadłuba od śruby. Stół strugarki może być również przesuwany w kierunku poprzecznym ręcznie za pomocą rękojeści obracającej śrubę.

Suwak wykonuje ruch postępowo-zwrotny za pomocą jarzma, wykonującego ruch wahadłowy dokoła osi.

Napęd strugarki jest przekazywany z silnika elektrycznego, umieszczonego w podstawie kadłuba przez sprzęgło i hamulec na koło zębate, a stąd na tarczę z czopem. Na czopie jest osadzony obrotowy kamień ślizgający się podczas pracy wzdłuż prowadnic jarzma. Nowoczesne strugarki poprzeczne są napędzane hydraulicznie.

Struganie można rozpatrywać jako szczególny przypadek toczenia powierzchni obrotowej o nieskończenie dużym promieniu krzywizny. Dlatego też budowa i geometria noży strugarskich jest bardzo zbliżona do noży tokarskich. W związku z tym wszystkie zagadnienia dotyczące budowy i geometrii, mogą być uogólnione również na grupę noży strugarskich.

Podczas strugania, zwłaszcza w warunkach skrawania zgrubnego, stosuje się często noże odgięte do tyłu. Odgięcie takie zabezpiecza ostrze oraz powierzchnię obrobioną od uszkodzeń, które mogą wystąpić w przypadku noża prostego. Nierównomierność naddatku na obróbkę lub przypadkowe twarde wtrącenia w materiale obrabianym powodują chwilowe dodatkowe ugięcia narzędzia, co w nożach prostych jest przyczyną wgniatania ostrza w materiał i uszkodzenia powierzchni obrobionej. W nożach odgiętych do tyłu, w wyniku ugięcia narzędzia, ostrze noża odsuwa się od powierzchni obrobionej. W grupie noży strugarskich wyróżniamy również noże  dłutownicze przeznaczone do strugania pionowego, nazywanego najczęściej dłutowaniem. Noże dłutownicze charakteryzuje przeważnie wąska część robocza oraz wydłużona cześć chwytowa, której długość dochodzi niekiedy nawet do ok. 600 mm. Przy dużej długości noży dłutowniczych i znacznym wysunięciu z imaka mocującego, co z reguły narzucone jest przez kształt przedmiotu i położenie powierzchni obrabianej, noże dłutownicze mają na ogół małą sztywność. W związku z tym, w celu przeciwdziałania nadmiernym ugięciom narzędzia podczas skrawania, zachodzi konieczność zmniejszenie sił skrawania, co wymaga stosowania małych posuwów i głębokości skrawania. Noże dłutownicze przeznaczone są przeważnie do wykonywania różnego rodzaju otworów wielokątnych, rowków wpustowych, otworów i powierzchni zewnętrznych o różnych kształtach, w warunkach produkcji jednostkowej.