25
1 Before you begin: Turn on the sound on your computer. There is audio to accompany this presentation. MET 33800 Manufacturing Processes Chapter 22 Turning and Boring Processes Chapter 22 1 Materials Processing Chapters 15-17 Chapters 30-33 Chapters 20-27 Chapters 11-13 Chapter 22 2 Page 268 Figure 111, The Five materials processing families with subgroups and typical processes Turning Processes Turning: machining external cylindrical surfaces. Taper Turning: machining external conical surfaces. Chapter 22 3

Chapters 11-13 - Indiana University Bloomingtonmet33800/3_Chapter_22/Chapter_22.… ·  · 2015-08-07Contour Turning 6. Form Turning 7. Cutoff 8. ... Taper Attachment Guide bar set

Embed Size (px)

Citation preview

1

Before you begin: Turn on the sound on your computer. There is audio to accompany this presentation.

MET 33800 Manufacturing Processes

Chapter 22

Turning and Boring Processes

Chapter 22 ‐ 1

Materials Processing

Chapters 15-17

Chapters 30-33

Chapters 20-27

Chapters 11-13

Chapter 22 ‐ 2

Page 268 Figure 11‐1, The Five materials processing families with subgroups and typical processes

Turning Processes Turning: machining external cylindrical surfaces.

Taper Turning: machining external conical surfaces.

Chapter 22 ‐ 3

2

EXTERNAL PROCESSES1. Straight Turning

2. Taper Turning

3. Facing

4. Trepanning/Face Grooving

5. Contour Turning

6. Form Turning

7. Cutoff

8. Grooving/Necking

9. Threading

10.KnurlingChapter 22 ‐ 4

INTERNAL PROCESSES1. Boring

2. Taper Boring

3. Forming

4. Drilling

5. Reaming

6. Threading

7. Tapping

Chapter 22 ‐ 5

STRAIGHT TURNING Machining cylindrical surfaces:

Tool motion parallel to axis of rotation.

Roughing cuts through hard surface.

Cut right to left  cutting force toward workholding device.

Chapter 22 ‐ 6

3

STRAIGHT TURNINGMachining cylindrical surfaces (continued):

Finishing cuts for size and surface finish.

Multiple finishing cuts to offset tool/part deflection.

Cutting Speed (V)  Relates velocity of rotating workpiece to stationary tool (sfpm).

Tool set to spindle centerline or slightly above to reduce part climbing.

Chapter 22 ‐ 7

http://timbobtastic.com/wp‐content/uploads/2014/05/Tool‐Centerline1‐1024x276.png

STRAIGHT TURNINGMachining cylindrical surfaces (continued):

Feed (fr)  Amount of material removed per revolution or pass of the tool (ipr).

Depth of Cut  initial diameter D1 and final diameter D2.

D - D1 2d = 2

Chapter 22 ‐ 8

STRAIGHT TURNING

Spindle Speed (Ns) 

Material Removal Rate (MRR) 

Cutting Time (TM) 

D N1 sV = 12

2 21 2

1

D - DM R R =12 V f 12 V f dr r4D

ML + A

T = f Nr s

Chapter 22 ‐ 9

4

TAPER TURNING

Machining conical surfaces:

Compound Rest  1min; short tapers only; steep tapers possible.

Setting over Tailstock  Part between centers.

Taper Attachment  Guide bar set to angle. Guide shoe moves cross slide transverse while saddle move longitudinally.

CNC Machines  chapter 40

Form tools  required angle ground into the tool

Chapter 22 ‐ 10

Chapter 22 ‐ 11

TAPER TURNING

TAPER TURNING

Chapter 22 ‐ 12

5

TAPER TURNING

Chapter 22 ‐ 13

FACINGMachining flat surfaces with tool motion 90 to axis of rotation: 

Spindle speed based on largest diameter.

Cutting direction can be either way ‐ controlled by tool shape. 

Chapter 22 ‐ 14

Tool must be set at spindle centerline.

Saddle is clamped to prevent cutting force causing longitudinal motion.

Material Removal Rate 

Cutting Time 

MRR =6 V f dr

ML + A

T = f Nr s

FACING

Chapter 22 ‐ 15

6

NECKING(Grooving or Partial Cutoff)

Forming grooves which are not to spindle c’line:

Must minimize overhang of tool and maximize tool size. 

Grooving Tool Configurations

Chapter 22 ‐ 16

FACE GROOVING(Trepanning)

Chapter 22 ‐ 17

http://www.thinbit.com/images/products/dg_ext_fgrov.jpg

http://www.thinbit.com/pdfs/thinbitcatalog.pdf

CUTOFF (PARTING)Cut to centerline to separate work from bar :

Cut typically not accurate  cannot be used for back facing.

Tool must be set at spindle centerline. 

Tools thin w/large overhang.

Chapter 22 ‐ 18

7

FORM TURNINGShape of surface controlled by tool form:

Form Cutting  Tool is mirror image of desired shape.

Skiving  Tool move tangentially                                          across workpiece.  Improved finish                                               and accuracy.

Chapter 22 ‐ 19

THREADING Standard and special form screw threads:

Single Point  Generating thread form. 

Self‐Opening Die Heads Multiple point cutters. 

Chapter 22 ‐ 20

KNURLINGRegularly shaped, roughened surface:

Chipless, cold forming process.

High transverse forces. 

Chapter 22 ‐ 21

8

DRILLINGGenerate or enlarge holes on centerline:  Drill mounted in tailstock quill (Morse taper), Jacobs chuck 

or using tailstock center and driver.  

Hand feed with tailstock handwheel. 

Chapter 22 ‐ 22

PRECISION BORINGBoring enlarges existing holes:

Produces cylindrical shapes (exception: bell‐mouth).

Produces concentric shapes to centerline.

Tool mounted on cross slide and set at centerline of spindle.

Critical to minimize overhang and maximize boring 

tool size.

Chapter 22 ‐ 23

PRECISION BORING

Chapter 22 ‐ 24

9

PRECISION BORINGPiloted boring tool:

Allows larger diameters to be bored on a lathe.

Increases support of tool – minimized deflection.

Improves bore geometry.

Chapter 22 ‐ 25

TAPER BORING

Machining conical internal surfaces: 

Compound Rest  1minimum; short tapers only; steep tapers possible.

Taper Attachment  Guide bar set to angle. Guide shoe moves cross slide transverse while saddle move longitudinally.

CNC Machines  chapter 40.

Form tools can be used.

Chapter 22 ‐ 26

REAMING  Enlarge existing bores:

Used for accuracy and surface finish: 

Reamer held using same methods as a drill. 

Floating holders required for larger sizes.

Hand feed with tailstock                handwheel. 

Chapter 22 ‐ 27

10

INTERNAL THREADSInternal threads can be cut or generated:

Tapping head with reversing capability.

Collapsible taps similar to geometric die heads.

Single point thread generation.

Chapter 22 ‐ 28

DIMENSIONAL ACCURACYPrecision (repeatability) influenced by:

Deflection due to cutting forces.

Workpiece characteristics:

Material, shape and rigidity.

Tool characteristics:

Material, shape and rigidity. 

Tool wear and built‐up edge.

Workholding characteristics:

Strength and rigidity.

Chapter 22 ‐ 29

Chapter 22 ‐ 30

DIMENSIONAL ACCURACY

11

Surface Roughness

Where: CR = tool nose (corner) radius

2 2 2r rCR - f f

y = CR - 4 8CR

Chapter 22 ‐ 31

DIMENSIONAL ACCURACY

2 2 2r rCR - f f

y = CR - 4 8CR

Chapter 22 ‐ 32

DIMENSIONAL ACCURACY

LATHE SIZE DESIGNATIONS SwingMaximum diameter over bed.  Cross slide reduces 

swing.

Distance between centersMaximum length. Spindle thru‐diameter allows longer stock.

Chapter 22 ‐ 33

12

LATHE DESIGN

Chapter 22 ‐ 34

LATHE DESIGN

Chapter 22 ‐ 35

LATHE DESIGN

Chapter 22 ‐ 36

13

LATHE TYPES1. Engine Lathe Headstock, carriage (saddle) assembly and 

tailstock.

Chapter 22 ‐ 37

LATHE TYPES2. Speed Lathe Headstock, tailstock and simple tool post.

Chapter 22 ‐ 38

LATHE TYPES3. Toolroom Lathe Engine lathe with higher accuracy.

Chapter 22 ‐ 39

14

LATHE TYPES4. Gap‐bed Lathe Gap in the bed, removable bed section or 

sliding beds allow greater swing capability.

Chapter 22 ‐ 40

TURRET LATHE VARIATIONS

Chapter 22 ‐ 41

TURRET LATHES5. Saddle‐type Turret Lathe Turret mounted on saddle.

Chapter 22 ‐ 42

15

6. Ram‐type Turret Lathe Ram and turret moved with capstan wheel. 

TURRET LATHES

Chapter 22 ‐ 43

TURRET LATHES

Chapter 22 ‐ 44

TURRET LATHES7. Vertical Turret Lathe Large parts.

Chapter 22 ‐ 45

16

AUTOMATIC LATHE TYPES8. Single‐Spindle Screw Machine Automatic lathe w/turret 

mounted in vertical plane.

9. Multiple‐Spindle Screw Machine All tools cut simultaneously.

10. Swiss‐type Screw Machine Tools on radial slides.

11. Automatic Lathe Simultaneous cuts with massed tooling. 

12. Computer Numerically Controlled Lathe  Incorporate microprocessor control.

Chapter 22 ‐ 46

AUTOMATIC LATHE TYPES

Single Spindle Automatic – one tool cuts at a time.

Chapter 22 ‐ 47

AUTOMATIC LATHE TYPES

Chapter 22 ‐ 48

17

AUTOMATIC LATHE TYPES

Chapter 22 ‐ 49

AUTOMATIC LATHE TYPES

Chapter 22 ‐ 50

AUTOMATIC LATHE TYPES

Chapter 22 ‐ 51

18

AUTOMATIC LATHE TYPES

Chapter 22 ‐ 52

AUTOMATIC LATHE TYPES

Chapter 22 ‐ 53

Swiss Type Automatic

AUTOMATIC LATHE TYPES

Chapter 22 ‐ 54

19

1. Milling Attachment  Part on cross slide, tool in spindle.

2. Tool‐Post Grinder Mounted on cross slide.

SPECIAL LATHE ATTACHMENTS

Chapter 22 ‐ 55

SPECIAL LATHE ATTACHMENTS

Chapter 22 ‐ 56

3. Duplicating Attachments  Uses templates for complex shapes.

CUTTING TOOLS and HOLDERS

Chapter 22 ‐ 57

20

LATHE WORKHOLDING METHODS 

Chapter 22 ‐ 58

1. Centers long parts; limits internal work

Live and dead 60 centers.

Lathe dog used with a dog plate or faceplate.

LATHE WORKHOLDING METHODS 

Chapter 22 ‐ 59

LATHE WORKHOLDING METHODS 

Chapter 22 ‐ 60

Face Driver used with center.

21

Mandrels  Solid, gang, cone, or hydraulic.

LATHE WORKHOLDING METHODS 

Chapter 22 ‐ 61

2. Chucks  flexible ‐ grip inside or outside 

Spiral cam w/chuck wrench or drawbar

Two‐jaw  small work

Three‐jaw  simultaneous jaw motion

Four‐jaw independent  independent jaw motion

Four‐jaw combination  both independent and simultaneous

LATHE WORKHOLDING METHODS 

Chapter 22 ‐ 62

LATHE WORKHOLDING METHODS 

Chapter 22 ‐ 63

22

Hydraulically actuated with draw tube.

LATHE WORKHOLDING METHODS 

Chapter 22 ‐ 64

3. Collets  high accuracy: 

Split w/taper; internal/external; multiple shapes

Drawback can be a problem. 

LATHE WORKHOLDING METHODS 

Chapter 22 ‐ 65

LATHE WORKHOLDING METHODS 

Chapter 22 ‐ 66

23

LATHE WORKHOLDING METHODS 

Chapter 22 ‐ 67

LATHE WORKHOLDING METHODS 

Chapter 22 ‐ 68

LATHE WORKHOLDING METHODS 

Chapter 22 ‐ 69

4. Faceplates  parts or fixtures clamped in place:

Can be used with center and drive dog.

24

5. Follow Rests Mounted on saddle.  Two support fingers/ rollers behind tool.

6. Steady Rests  Clamped to ways.  Three support fingers/ rollers.

WORKHOLDING/SUPPORT ATTACHMENTS

Chapter 22 ‐ 70

WORKHOLDING/SUPPORT ATTACHMENTS

Chapter 22 ‐ 71

Follow Rest

Steady Rest

WORKHOLDING/SUPPORT ATTACHMENTS

Chapter 22 ‐ 72

Steady Rests

Follow Rest

25

The End – See Oncourse for Videos

Chapter 22 ‐ 73