Кіріспе
Бір нүктелі кескіш құралмен бұрғыланған тесікті ұлғайту процесі. Механикалық өңдеуде бұрғылау – бұрын бұрғыланған (немесе құйылған) тесікті бір нүктелі кескіш құралмен (немесе бірнеше мұндай құралдарды қамтитын бұрғылау басымен) ұлғайту процесі, мысалы, қарудың ұңғысын немесе қозғалтқыш цилиндрін бұрғылау. Бұрғылау тесіктің диаметріне жоғары дәлдікке қол жеткізу үшін қолданылады және конус тәрізді тесіктерді кесуге де болады. Бұрғылауды сыртқы диаметрді кесетін токарлаудың ішкі диаметрлік баламасы ретінде қарастыруға болады. Бұрғылаудың түрлі түрлері бар. Бұрғылау таяқшасы екі жағынан тірелуі мүмкін (бұл тек тесік өтімді болса ғана мүмкін), немесе бір жағынан тірелуі мүмкін (бұл өтімді де, тұйық тесіктер үшін де қолданылады). Lineboring (жолды бұрғылау) – бірінші жағдайды білдіреді. Backboring (кері бұрғылау) – бұрыннан бар тесіктен өтіп, содан кейін жұмысшеңнің "кері" жағында (станоктың басына қатысты) бұрғылау процесі. Құрал-саймандардың конструкциялық шектеулеріне байланысты, себебі жұмысшең көбінесе құралды қоршап тұрады, бұрғылау токарлауға қарағанда қиынрақ: құралды ұстаудың беріктігі төмендейді, кесу бұрышының талаптары артады (кесу жиегіне қолдау деңгейін шектейді) және алынған бетті тексеру қиын (өлшем, форма, беттің тегісдігі). Осы себептерге байланысты бұрғылау токарлаудан бөлек, өз кеңестерімен, хитролықтарымен, қиындықтарымен және тәжірибесімен жеке машина жасау саласы ретінде қарастырылады, олардың кейбір жағынан ұқсас болғанына қарамастан. Бірінші бұрғылау станогын 1775 жылы Джон Уилкинсон ойлап тапқан. Бұрғылау мен токарлаудың абразивті әріптестері – ішкі және сыртқы цилиндрлік тегістеу. Әрбір процесс нақты қолданудың талаптары мен параметрлеріне сәйкес таңдалады.
In machining, boring is the process of enlarging a hole that has already been drilled (or cast) by means of a single point cutting tool (or of a boring head containing several such tools), such as in boring a gun barrel or an engine cylinder. Boring is used to achieve greater accuracy of the diameter of a hole, and can be used to cut a tapered hole. Boring can be viewed as the internal diameter counterpart to turning, which cuts external diameters. There are various types of boring. The boring bar may be supported on both ends (which only works if the existing hole is a through hole), or it may be supported at one end (which works for both, through holes and blind holes). Lineboring (line boring, line boring) implies the former. Backboring (back boring, back boring) is the process of reaching through an existing hole and then boring on the "back" side of the workpiece (relative to the machine headstock). Because of the limitations on tooling design imposed by the fact that the workpiece mostly surrounds the tool, boring is inherently somewhat more challenging than turning, in terms of decreased toolholding rigidity, increased clearance angle requirements (limiting the amount of support that can be given to the cutting edge), and difficulty of inspection of the resulting surface (size, form, surface roughness). These are the reasons why boring is viewed as an area of machining practice in its own right, separate from turning, with its own tips, tricks, challenges, and body of expertise, despite the fact that they are in some ways identical. The first boring machine tool was invented by John Wilkinson in 1775. Boring and turning have abrasive counterparts in internal and external cylindrical grinding. Each process is chosen based on the requirements and parameter values of a particular application.
Пайдаланылған құрал-саймандар
Бұрғылау процесін әр түрлі станоктарда орындауға болады, соның ішінде: 1) жалпы мақсаттағы немесе әмбебап станоктар, мысалы, токарлық (/ бұрау орталықтары) немесе фрезерлік станоктар (/ өңдеу орталықтары), және 2) бұрғылауды негізгі функция ретінде орындауға арналған станоктар, мысалы, джиг-бұрғылау автоматтары және бұрғылау автоматтары немесе бұрғылау станоктары, оларға тік бұрғылау станоктары (деталь тік осьтің айналуымен бұрғылау бағанасы/головкасы сызықты қозғалады; негізінен тік токарлық станок) және көлденең бұрғылау станоктары (деталь үстелде орналасады, ал бұрғылау бағанасы көлденең осьтің айналуымен қозғалады; негізінен мамандандырылған көлденең фрезерлік станок) жатады.
Бұрғылау және фрезерлеу машиналары
Бөлшектің және кескіш құралдың арасындағы өлшемдерді екі ось бойынша өзгерту арқылы ішкі бетке тік және көлденең кесуге болады. Кесу құралы әдетте бір ұшты, M2 және M3 жоғары жылдамдықты болаттан немесе P10 және P01 карбидтен жасалған. Радиалдық және осьтік бағытта кескіш жиекті бірдей қоректендіру арқылы конус тәрізді тесік жасауға болады. Тесік өңдеу станоктары түрлі өлшемдерде және конструкцияларда келеді. Кішкентай детальдардағы тесік өңдеуді токарлық станокта, ал үлкен детальдардағы тесік өңдеуді тесік өңдеу станоктарында жүргізуге болады. Детальдердің диаметрі әдетте белгілі бір шамада болады, бірақ олардың қуат талаптарына қарай үлкенірек болуы мүмкін. Кескіш құралдың дірілдеуі мен шуылдауын болдырмау үшін вольфрам қорытпасы дискілері штангаға орнатылады. Басқару жүйелері компьютерлік негізде болуы мүмкін, бұл автоматтандыруға және тұрақтылықты арттыруға мүмкіндік береді. Тесік өңдеудің мақсаты – бұрыннан бар тесіктердің өнімдік толеранттылығын жақсарту болғандықтан, бірнеше конструкциялық ескертулерге назар аудару қажет. Біріншіден, кескіш құралдың иілуіне байланысты, ұзын тесіктердің диаметрі үлкен болмауы тиіс. Екіншіден, өтпелі тесіктер (деталь қалыңдығын толық кесіп өтпейтін тесіктер) қарағанда, толық тесіктерге басымдық беріледі. Үзіліспен кескіш құрал мен бетінің жанасуы бар ішкі беттерден аулақ болу керек. Тесік өңдеу штангасы – кескіш құралды ұстайтын машинаның кеңейтілген бөлігі және ол өте берік болуы керек. Жоғарыда аталған факторларға байланысты, терең тесіктерді бұрғылау және тесік өңдеу – арнайы құралдар мен техникаларды талап ететін қиын салалар. Дегенмен, терең тесіктерді жоғары дәлдікпен өңдейтін технологиялар әзірленді. Көп жағдайда олар диаметрі бойынша қарама-қарсы орналасқан бірнеше кесу ұштарын қамтиды, олардың иілу күштері бір-бірін теңестіреді. Сонымен қатар, олар әдетте кесу сұйықтығын құрал арқылы қысыммен кесу жиектеріне жақын тесіктерге беруді қамтиды. Қару бұрғылау және зеңбірек бұрғылау – классикалық мысалдар. Алғашында қару-жарақ пен артиллерияның ұңғыларын жасау үшін әзірленген бұл өңдеу әдістері бүгінде көптеген салаларда кеңінен қолданылады. CNC басқаруында тесік өңдеу үшін әртүрлі бекітілген циклдар қол жетімді. Бұл алдын ала бағдарламаланған кіші бағдарламалар, олар құралды кесу, кері тарту, ілгері жылжу, қайта кесу, қайта кері тарту, бастапқы позицияға оралу және т.б. әрекеттерді орындайды. Олар G76, G85, G86, G87, G88, G89 сияқты G кодтарын пайдаланып шақырылады, сондай-ақ нақты басқару жүйесі немесе станок өндірушісіне тән сирек қолданылатын кодтар арқылы да шақырылуы мүмкін.
Қалқалар
Бұрғылау – жұмысшеңдегі бар тесікті кеңейту арқылы конустық немесе цилиндрлік беттерді жасауға арналған, бір ұшты кескіш құралды немесе бұрғылау басын қолданатын кесу операциясы. Бұрғыланбаған тесіктер үшін кескіш құрал айналу осіне параллель қозғалады. Конус пішіндес тесіктер үшін кескіш құрал айналу осіне бұрышпен қозғалады. Бұрғылау қолдану арқылы әртүрлі диаметрлі, қарапайымнан өте күрделіге дейінгі геометриялық пішіндерді жасауға болады. Бұрғылау – токарлық жұмыстардың бұралау және тесіктеуден кейінгі ең негізгі операцияларының бірі. Токарлық бұрғылау әдетте жұмысшеңді патронға бекітіп, айналдыруды қажет етеді. Жұмысшең айналғанда, бұрғылау таяғының ұшына бекітілген кескіш, бар тесікке енгізіледі. Кескіш құрал жұмысшеңге тигенде, сынық пайда болады. Қолданылатын құралдың түріне, материалға және жылдамдыққа байланысты, сынық үздіксіз немесе бөлікті болуы мүмкін. Пайда болған бетке бұрылыс деп аталады. Токарлық бұрғылау арқылы жасалатын геометрия әдетте екі түрге бөлінеді: тік тесіктер және конус пішіндес тесіктер. Қажет болған жағдайда әрбір пішінге бірнеше диаметрлерді қосуға болады. Конус жасау үшін құрал айналу осіне бұрышпен жылжытылуы мүмкін немесе жылдамдық және осьтік қозғалыстар бір мезгілде орындалуы мүмкін. Тік тесіктер мен бағытталған тесіктер құралды жұмысшеңнің айналу осіне параллель жылжыту арқылы жасалады. Ең көп қолданылатын төрт жұмысшеңді бекіту құрылғылары: үшжақты патрон, төртжақты патрон, коллет және беттік пластина. Үшжақты патрон дөңгелек немесе алтыбұрышты жұмысшеңдерді ұстау үшін қолданылады, себебі жұмысшең автоматты түрде ортаға теңеледі. Мұндай патрондардағы ортадан қашықтық шектеулі; соңғы үлгідегі CNC станоктарында, барлық жағдайлар оңтайлы болса, ол өте төмен болуы мүмкін, бірақ дәстүрлі түрде ол кемінде 0,001–0,003 дюйм (0,025–0,075 мм) құрайды. Төртжақты патрон, егер әрбір бөлікті көрсетіп, бекітуге уақыт жұмсаса, дөңгелек немесе алтыбұрышты жұмысшеңдерді өте төмен ортадан қашықтықпен ұстау үшін немесе бейінді пішіндерді ұстау үшін қолданылады, себебі ол әр жаққа тәуелсіз әсер етеді. Беттік пластина да бейінді пішіндер үшін қолданылады. Коллеттер өздігінен орталайтын патронмен төмен ортадан қашықтықты біріктіреді, бірақ олардың құны жоғары.
Шектеулер
Көптеген токарлық тесікшеге арналған қолданбаларда ±0.010 дюйм (±0.25 мм) артық толеранттар оңай сақталады. Одан төмен ±0.005 дюйм (±0.13 мм) дейінгі толеранттар әдетте ерекше қиындықтарсыз немесе қосымша шығындарсыз сақталады, тіпті терең тесіктерде де. ±0.004 дюйм (±0.10 мм) және ±0.001 дюйм (±0.025 мм) арасындағы толеранттарда қиындықтар басталады. Терең тесіктерде осындай тар толеранттарда шектеуші фактор көбінесе геометриялық шектеу, ал емес өлшемдік шектеу болады. Яғни, диаметрді кез келген диаметрлік өлшеу нүктесінде 0.002 дюймге дейін ұстау оңай болуы мүмкін, бірақ тесіктің цилиндрлігін 0.002 дюйм шегінде, диаметрге қатысты тереңдігі 5 диаметрден астам болатын тереңдікте сақтау қиын. Жоғары дәлдікті қажет ететін жағдайларда толеранттарды әдетте тек беткей тесіктерде ғана ±0.0005 дюйм (±0.013 мм) шегінде сақтауға болады. Кейбір жағдайларда беткей тесіктерде ±0.0001 дюйм (±0.0038 мм) дейін тар толеранттарды сақтауға болады, бірақ бұл қымбатқа түседі, 100% тексеру және сәйкес келмейтін бөлшектердің жоғалуы шығындарды арттырады. Ұнтақтау, тегістеу және жылтырату бұрғылаудың қайталанатындығы мен дәлдігінің шегіне жеткен кезде қолданылады. Бұрғылаудағы беттік өңдеу (қалыңдығы) 8-ден 250 микродюймге дейін болуы мүмкін, әдетте 32-ден 125 микродюйм аралығында. Кейде бөлшекке бұрғылау арқылы қамтамасыз етілгеннен артық форма мен өлшемнің дәлдігі қажет болуы мүмкін. Мысалы, тіпті оңтайландырылған бұрғылауда да тесіктің әртүрлі бөліктеріндегі диаметрдің өзгеруі көбінесе 3 микрометрден кем болмайды (.0001 дюйм, "оннан бір"), ал ол 5-тен 20 микрометрге дейін болуы мүмкін (.0002 - .0008 дюйм, "2-ден 8-ге дейін оннан бір"). Мұндай тесіктің конусқа бұрылуы, дөңгелектеу қатесі және цилиндрлік қатесі, басқа көптеген бөлшектерде елеусіз деп есептелсе де, кейбір қолданбалар үшін қабылдауға болмайтын болуы мүмкін. Мұндай бөлшектер үшін ішкі цилиндрлік ұнтақтау әдеттегі келесі операция болып табылады. Көбінесе бөлшек машинамен өңдеу кезінде дөңгеленеді және жартылай аяқталады, содан кейін жылумен өңделеді және ақырында ішкі цилиндрлік ұнтақтау арқылы аяқталады. Бұрғылаудың геометриялық дәлдігі (формасы, орны) және жұмысшең материалдың қаттылығына қатысты шектеулері соңғы онжылдықтарда машина жасау технологиясының дамуымен азайып келеді. Мысалы, карбид және керамикалық кескіштердің жаңа түрлері ұнтақтаусыз қол жеткізілетін дәлдік пен беттік сапаны арттырды және өңдеуге болатын жұмысшең материалдың қаттылық деңгейлерінің ауқымын кеңейтті. Алайда, тек бірнеше микрометрлік (бірнеше ондық) толеранттармен жұмыс істеу өндіріс процесін рационалды түрде қарсы тұруға және нақты жұмысшең материалдың идеалды түрде қатаң және қозғалмайтын еместігін ескеруге мәжбүр етеді. Әрбір кесу (қаншалықты кішкентай болса да) немесе температураның бірнеше жүз градусқа өзгеруі (қаншалықты уақытша болса да) жұмысшең материалдың немесе оның бір бөлігінің өте кішкентай қозғалыс болса да, жаңа пішінге ие болуы мүмкін. Кейбір жағдайларда бір аймақтағы микрометрдің үлесінің қозғалысы жұмысшең материалдың бірнеше дециметр қашықтықтағы ерекшелігі үшін рычагтық әсермен күшейтіліп, бірнеше микрометрлік позициялық қателікке әкелуі мүмкін. Осыған ұқсас факторлар кейде бұрғылау және токарлау арқылы аяқтауға мүмкіндік бермейді, оның орнына ішкі және сыртқы цилиндрлік ұнтақтау қолданылады. Ең нашар жағдайда, өңдеу немесе ұнтақтаудың ешқандай жетілуі жеткіліксіз болуы мүмкін, егер бөлшек жасалған кезде толеранттар шегінде болса да, келесі күндері немесе айларында толеранттардан тысқары бұрылып кетсе. Инженерлер мұндай жағдаймен кездескенде, олар басқа жұмысшең материалдарды табуға немесе микро немесе нано масштабта бөлшектердің қозғалмауына күшті сенуден аулақ болатын баламалы конструкцияларды іздеуге тырысады.