Toczenie – co warto o nim wiedzieć?

Toczenie jest procesem obróbki skrawaniem znanym od tysiącleci. W pierwotnej formie pojawiło się już w XIII wieku przed naszą erą. Ślady zastosowania prymitywnych tokarek znaleziono na terenie Egiptu [1]. Krokiem milowym w rozwoju toczenia było wynalezienie maszyny parowej w okresie rewolucji przemysłowej. Zastosowanie wody i pary pozwoliło udoskonalić dotychczasowe konstrukcje, podobnie jak późniejsze wprowadzenie silników elektrycznych, będące kolejnym etapem technologicznego rozwoju. Za punkt zwrotny uznaje się także opracowanie systemów numerycznych, co doprowadziło do zrewolucjonizowania przemysłu przez tokarki CNC.

Toczenie – na czym polega?

Toczenie to nic innego jak metoda obróbki skrawaniem. Jest obróbką wiórową [2]. Jej istota polega na skrawaniu części materiału z kawałka metalu, drewna czy innego surowca obracającego się z dużą szybkością wokół własnej osi [4]. Element poddawany obróbce jest zamocowany za pomocą specjalnych uchwytów. Za oddzielanie jego kolejnych warstw jest odpowiedzialny natomiast imak wraz z zamocowanym w nim nożem. Ten ostatni porusza się w płaszczyźnie liniowej, umożliwiając uzyskanie pożądanego kształtu obrabianego materiału. Toczenie jest stosowane do tworzenia brył obrotowych – walców, kul oraz stożków. Pozwala nadać im nie tylko określoną formę, ale wymiary czy strukturę powierzchni, co sprawia, że znajduje szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu.

Toczenie konwencjonalne i toczenie CNC – jaka jest między nimi różnica?

Proces toczenia może przebiegać w rozmaity sposób. Podstawowym kryterium podziału jest rodzaj stosowanych maszyn. W tej kategorii wyróżnia się toczenie manualne (konwencjonalne) oraz toczenie CNC. Pierwsze z nich wykonuje się przy zastosowaniu tokarki ręcznej. W praktyce oznacza to, że po uruchomieniu obrabiarki operator na bieżąco kontroluje przebieg całego procesu, czyli dopasowuje odpowiednie narzędzia i decyduje o ich ruchu. Rezultat pracy zależy więc w dużej mierze od umiejętności oraz doświadczenia osoby obsługującej maszynę. Toczenie konwencjonalne wymaga także dużej ostrożności. Proces jest zwykle stosowany do wstępnej obróbki materiału albo do produkowania elementów, w przypadku których precyzja nie gra nadrzędnej roli.

Alternatywą dla konwencjonalnej obróbki jest toczenie CNC. Do tego celu wykorzystuje się zaawansowane technologicznie obrabiarki, sterowane za pomocą komputera. W ten sposób rola operatora zostaje ograniczona do zaprogramowania urządzenia odnośnie kształtu i wymiarów przedmiotu jaki należy uzyskać. Zaletą toczenia CNC jest ogromna precyzja obróbki, co pozwala tworzyć nawet najbardziej skomplikowane elementy – w tym podzespoły do maszyn i pojazdów. Niebagatelną rolę odgrywa ponadto szybkość oraz powtarzalność procesu.Toczenie CNC jest zatem szeroko stosowane przy produkcji seryjnej. Ponieważ całą pracę mechaniczną wykonuje obrabiarka, proces jest również o wiele bardziej bezpieczny w porównaniu z toczeniem konwencjonalnym.

Toczenie – podstawowe rodzaje obróbki

Toczenie można też podzielić ze względu na rodzaj zastosowanej obróbki i związany z nim efekt pracy [4]. W tej kategorii wyróżnia się:

Toczenie wzdłużne – kierunek ruchu noża tokarskiego jest w tym przypadku równoległy do osi toczenia.
Toczenie poprzeczne – kierunek ruchu liniowego jest prostopadły do osi obróbki.
Toczenie kopiowe – polegające na odwzorowaniu kształtu obrabianego przedmiotu ze specjalnego wzornika zamocowanego w obrabiarce.
Toczenie kształtowe – proces, w którym ostateczna forma obrabianego materiału zależy od kształtu krawędzi noża.
Toczenie obwiedniowe – obróbka łącząca jednostajny ruch obrotowy poddawanego jej przedmiotu oraz ruch obrotowy narzędzia pracującego dookoła obrabianego przedmiotu.
Toczenie stożkowe – proces, w którym kierunek ruchu liniowego przecina się z osią toczenia pod kątem innym niż prosty.

Na finalny efekt toczenia mają wpływ także inne parametry, w tym: posuw, czyli przesunięcie noża podczas jednego obrotu obrabianego przedmiotu, prędkość obrotowa materiału czy siła i głębokość skrawania [3].

Toczenie – gdzie znajduje zastosowanie?

Toczenie można wykonywać na różnych materiałach. Zwykle procesowi poddaje się elementy ze stali oraz drewna. W ostatnim czasie szerokie zastosowanie znajduje też toczenie przedmiotów z tworzyw sztucznych oraz stopów trudnych do obróbki – w tym Inconelu. W ten sposób jest możliwa produkcja rozmaitych elementów, części czy podzespołów. Rozwiązania powstałe w wyniku toczenia CNC zwykle stosuje się w branży motoryzacyjnej, stoczniowej, lotniczej, rolniczej, mechanicznej bądź produkcyjnej. Zastosowanie nowoczesnych maszyn pomaga uzyskać wysoką dokładność oraz szybkość pracy. Redukuje także ryzyko błędów wiążące się ze stratami materiałów. W wyniku toczenia powstają komponenty o kształcie brył obrotowych. Można wśród nich wymienić między innymi: tuleje, wałki, cylindry, osie, stożki, pierścienie, koła czy śruby.

Toczenie to proces, który mocno ewoluował na przestrzeni lat. Dziś jest obróbką wykonywaną przy użyciu zaawansowanych technologicznie maszyn, pozwalających uzyskać określone rezultaty. Proces jest podstawą istnienia wielu gałęzi przemysłu. Umożliwia jego nieustanny rozwój oraz powstawanie coraz doskonalszych maszyn, urządzeń i pojazdów.

Bibliografia:

Lilley S. Ludzie, maszyny i historia. Warszawa, 1958.
Zawora J. Podstawy technologii maszyn. Warszawa, 2001.
Olszak W. Obróbka skrawaniem. Warszawa, 2019.
Górecki A. Technologia ogólna: podstawy technologii mechanicznych. Warszawa, 1984.