Металлорежущим станком называют технологическую машину, на которой путем снятия стружки с заготовки получают деталь с заданными размерами, формой, расположением и шероховатостью отверстий.
Токарные станки - самый распространенный тип металлообрабатывающего оборудования. Токарное оборудование, предназначенное для обработки металла, бывает разных типов: напольное, настольное - в зависимости от целей использования. Кроме того различают станки с ЧПУ и без него.
Любой металлообрабатывающий токарный станок (включая современные центры по обработке металлов) работает в соответствии с принципом: заготовка, предназначенная для обработки, жестко закрепляется в патроне, закрепленном на шпинделе, вращающимся посредством приводного механизма с заданной частотой.
В зависимости от массы различают станки легкие (до 1 т), средние (до 10 т) и тяжелые (свыше 10т).
Резание металла (снятие металлической стружки с заготовки) осуществляется при помощи высокопрочного резца со сменными пластинками (или с напайкой и заточкой под определенным углом). Закрепленный в резцедержателе резец обрабатывает поверхность заготовки, перемещаясь вдоль и поперек оси вращения этой заготовки. Устройство токарных станков должно обеспечить не только соответствующую мощность механизма привода и механизма продольной подачи, но и статичность резца и заготовки.
Двумя главными параметрами любых токарных станков по металлу являются наибольший диаметр обрабатываемой детали над станиной и наибольшее расстояние между центрами (крайними точками, через которые проходит ось вращения детали). Эти два параметра задают максимальные габариты деталей, с которыми способен работать токарный станок.
Для изготовления на станках требуемой детали рабочим органам станка необходимо сообщить определенный, иногда достаточно сложный комплекс согласованных движений, при которых с заготовки снимается в виде стружки избыточный материал (припуск).
В процессе развития промышленности технологии и методы металлообработки, в том числе токарной, постоянно совершенствуются. На сегодняшний день наиболее актуальными и перспективным является выпуск токарных станков и обрабатывающих центров с числовым-программным управлением (ЧПУ). Данные станки предназначены для обработки деталей по всему спектру операций от черновых до чистовых при обработке наружных и внутренних цилиндрических поверхностей, сверления, зенкерования, развертывания осевых отверстий, точения конусов, нарезки наружной и внутренней резьбы.
Токарные станки с ЧПУ
Отечественные токарные станки с ЧПУ специально разработаны для высокопроизводительной обработки широкой номенклатуры материалов (Токарные станки с ЧПУ). Станки одинаково эффективны при выполнении как черновой, так и чистовой обработки с точностью до 7 квалитета. На станках с ЧПУ рабочие органы перемещаются по программе, и влияние человека сводится к отладке этой программы и привязке режущего инструмента.
На этих токарных станках выполняют широкий спектр технологических задач:
обточку и расточку цилиндрических, конических и фасонных поверхностей;
нарезание метрической, дюймовой, торцевой и конусной резьбы;
подрезку и обработку торцов;
вытачивание канавок;
сверление, зенкерование и развёртывание отверстий.
Высокая точность обработки обеспечивается:
точностью позиционирования поперечного и продольного суппорта с дискретностью 1 мкм;
стабильностью положения режущего инструмента в револьверной головке при автоматической смене;
высокой жесткостью суппортов;
высокой жесткостью шпинделя, выполненного на прецизионных опорах качения, позволяющих совмещать предварительные и финишные операции. Класс точности станков - Н (В и П - специсполнение).
Высокая производительность станка может достигаться за счет:
использования гидравлического патрона и податчика прутка,
возможности предварительной и финишной обработки большого количества поверхностей за один установ с использованием всех позиций револьверной головки (до 12-ти позиций),
компенсации износа инструмента посредством электронной коррекции (например при применении системы HPMA от Renishaw).
Также современные токарные станки с ЧПУ предусматривают возможность многостаночного обслуживания (1 оператор на несколько станков).
Данные станки подразделяют на:
Вертикальные - применяются для обработки заготовок с большой массой и габаритами. Они в свою очередь бывают
Одностоечные.
Двухстоечные.
Горизонтальные.
Строение токарного станка с ЧПУ. Прямая станина
Станина
- несущий элемент станка, предназначенный для установки всех элементов оборудования и обеспечения жесткости системы. Чаще всего представляет собой стабилизированную и шлифованную чугунную отливку с оребрением. Относительно нее ориентируются и перемещаются подвижные детали и узлы.
Прямая станина - самый распространенный на данный момент тип токарного станка (например, ). В современных станках для обеспечения высокой жесткости конструкции ширина станины и направляющих увеличены.
Направляющие являются опорными поверхностями, обеспечивающими требуемое взаимное расположение и возможность относительного перемещения узлов, несущих инструмент и заготовку. Направляющие изготавливаются преимущественно из серого чугуна как одно целое со станиной. Накладные направляющие практически не применяются. Обрабатываемая заготовка получает вращение от шпинделя станка, а режущий инструмент закрепляется в резцедержке на суппорте и осуществляет формообразующие движения по двум координатным направлениям X и Z. Ось Z совпадает с направлением оси шпинделя, а ось X перпендикулярна ей. По оси Z чаще всего применяют V-образные, по оси Х - ласточкин хвост.
Направляющие на станках с наклонной станиной - прямоугольные скольжения или роликовые качения.
Шпиндельная бабка
Обеспечивает передачу момента от электродвигателя к шпинделю. Чаще всего в корпусе шпиндельной бабки размещена зубчатая коробка скоростей. Она может иметь несколько диапазонов скоростей для обеспечения оптимальных режимов обработки различных материалов. Изменение скорости вращения шпинделя может быть ступенчатым или бесступенчатым внутри диапазона:
Ступенчатое вращение осуществляется через зубчатую коробку скоростей от асинхронного мотора (чаще двухскоростного)+ручное переключение диапазонов+муфты. Реализует ограниченное количество скоростей вращения шпинделя. Обычно 12 неизменяемых позиций.
Бесступенчатое вращение (в том числе внутри диапазона) осуществляется асинхронным двигателем и частотным преобразователем или сервоприводом шпинделя; дискретность изменения - 1 об/мин ( , ). Бесступенчатые приводы обеспечивают возможность плавной настройки режимов обработки без останова станка с высокой точностью. Применение бесступенчатого привода позволяет повысить производительность путем выбора наиболее целесообразного режима обработки и сохранить постоянную скорость резания при поперечном точении (при увеличении или уменьшении диаметра обрабатываемой заготовки). Управление гидроприводом или с механическими вариаторами практически не применяется. Возможность переключения 2-3 диапазонов позволяет получать различные диапазоны скорости вращения и вращающего момента.
Широкий диапазон регулирования частоты вращения шпинделя обеспечивается за счет применения в качестве главного привода - электродвигателя переменного тока с частотным преобразователем.
Переключение диапазонов скоростей может быть ручным или автоматическим. Способ переключения диапазонов (передач) в основном определяется назначением станка, частотой переключений и длительностью рабочих перемещений. Для станков с бесступенчатым регулированием величина скорости внутри диапазона является вторичным условием выбора станка, т.к. переключения достаточно редки.
Шпиндель
- обычно полый цилиндр - обеспечивает возможность фиксации по средствам оснастки и обработки прутковых заготовок.
Для обеспечения необходимой точности обработки в течение заданного срока службы шпиндели должны обладать жесткостью, стабильностью положения оси при вращении, износостойкостью опорных, посадочных и базирующих поверхностей, виброустойчивостью. Для соответствия указанным требованиям шпиндели, как правило, изготавливаются из стали и подвергаются термической обработке (цементации, азотированию, объемной и поверхностной закалке, отпуску).
На шпинделе или на промежуточном валу, вращающемся с той же скоростью, устанавливается датчик скорости вращения шпинделя. Это позволяет получать данные о реальной скорости вращения шпинделя, осуществлять синхронизацию осей для нарезания резьбы.
Примечание:
Для станков с высокой и повышенной степени точности рекомендовано применять шестеренчатую зубчатую коробку с раздельным приводом. Коробка скоростей соединяется со шпинделем ременной передачей и лишена недостатков встроенной зубчатой коробки. Нагрев во время работы, вибрации от зацепления зубьев оказывают меньшее воздействие на шпиндель. Этих недостатков также лишены станки с наклонной станиной.
Резцедержка
Может иметь 4, 6, 8 или 12 позиций в зависимости от максимального диаметра обработки. Большее количество инструментов необходимо при изготовлении сложных деталей, точении труднообрабатываемых материалов, когда инструменты имеют малый период стойкости или при частой переналадке для обработки разнотипных деталей и т. п.
Электрооборудование
В процессе эволюции электрооборудование станка занимает все меньшую площадь и обеспечивает большие возможности автоматизации. Плавное изменение оборотов вращения шпинделя, поддержание постоянства скорости резания, увеличение количества одновременно интерполируемых осей и точности позиционирования, возможность подключения дополнительного оборудования.
Электромагнитные или механические муфты в коробках станков применяются все реже.
В станках с ЧПУ при любом конструктивном решении привода подач для перемещения рабочего органа по каждой из координат предусмотрен самостоятельный привод. В основном применяются сервоприводы с точным датчиком обратной связи по положению. Шаговые привода используются на хоббийных станках. Электро-гидравлические приводы, приводы с электромагнитными муфтами, гидрокопиры и приводы постоянного тока в новых станках практически не применяются.
Система СОЖ и смазки
Система смазывания предназначена для подачи, дозирования и распределения смазочного материала, а также контроля и управления смазыванием. От эффективности действия системы смазывания зависят такие важнейшие показатели качества работы станков, как точность, долговечность, экономичность, бесшумность.
Система смазки шпиндельной бабки, централизованная смазка направляющих и ШВП, система подачи СОЖ в зону резания увеличивают срок эксплуатации станка и помогают обеспечить режимы резания, обеспечить отвод тепла и чистоту поверхности.
Смазка подшипников и шестерен шпиндельной бабки на современных станках осуществляется принудительным поливом.
Оснастка
Для закрепления заготовок на токарном станке применяют: патроны, планшайбы, цанги, центры, хомутики, люнеты, оправки. Оснастка на станках с ЧПУ может применяться и с универсальных станков, но за счет более высокой точности и больших скоростей вращения рекомендуется подбирать специализированные оправки. Более подробно об этом можно прочитать здесь: Оправки для токарных станков, Токарные патроны для станков. Для контроля точности обработки деталей токарь может использовать штангенциркули, микрометры, калибры, шаблоны, угломеры и другие измерительные инструменты, но системы контроля процессов обработки, такие как HPPA от Renishaw, позволят максимально автоматизировать производственный процесс и существенно снизить трудозатраты.
Оси подач
Сервоприводы по заданию ЧПУ осуществляют перемещение осей и контроль позиции. Сервомотор, вращаясь через муфту, передает вращение на ШВП. ШВП перемещает механические узлы выбранной координаты.
Винтовые пары качения имеют низкие потери на трение, достаточно высокую жесткость и технологическую надежность. Устранение зазоров в резьбовом шариковом соединении между рабочими поверхностями резьбы винта и гайки и шариками и создание предварительного натяга производится за счет взаимного сближения полугаек, их осевого перемещения или взаимного поворота. Высокая работоспособность и точность передачи винт-гайка качения обеспечивается высокой твердостью рабочих поверхностей.
Защита зоны резания
Кабинетная защита и раздвижные двери уменьшают разлет стружки и СОЖ при интенсивных режимах обработки, а также защищает оператора от возможного вылета детали.
Резцы
Различают следующие типы токарных резцов:
проходные - для обтачивания наружных цилиндрических и конических поверхностей;
расточные (проходные и упорные) - для растачивания глухих и сквозных отверстий (с расточными станками в продаже от компании СтанкоМашКомплекс можно ознакомится по ссылке);
отрезные/канавочные - для отрезания заготовок и обработки канавок;
резьбовые - для нарезания наружных и внутренних резьб;
фасонные - для обработки фасонных поверхностей;
прорезные - для протачивания кольцевых канавок;
галтельные - для обтачивания переходных поверхностей между ступенями валов по радиусу.
Виды токарных резцов по характеру обработки:
черновые,
получистовые,
чистовые.
По направлению обработки:
левые,
правые.
По конструкции:
цельные,
с приваренной пластиной,
со сменными пластинами.
Люнеты
Люнеты бывают подвижные, неподвижные, открытые и служат для поддержки длинных деталей в процессе обработки.
Строение токарного станка с ЧПУ. Наклонная станина
Станки с наклонной станиной () предназначены для обработки деталей по всему спектру операций и представляют собой жесткую конструкцию для высокоскоростной и высокоточной токарной обработки широкой номенклатуры деталей.
Отличия от прямой станины
высокие обороты шпинделя (до 5000 об/мин), возможность «жесткого точения»;
большая степень автоматизации (гидравдический патрон, пиноль задней бабки, податчик прутка);
большое количество позиций резцедержки (8, 10, 12);
закрытые направляющие зоны резания, высокая скорость подачи по осям;
отвод стружки под действием силы тяжести, подачи СОЖ, подачи СОЖ под давлением, имеется стружкосборник.
Задняя бабка
Имеет отдельные направляющие для перемещения вдоль оси шпинделя.
Защита направляющих
Предохраняет рабочие поверхности от попадания на них пыли, стружки, грязи и уменьшает смывание масляной пленки. Обычно представляет собой телескопическую конструкцию, рассчитанную в сложенном и полностью раскрытом состоянии на максимальные перемещения по осям. Шпиндельная бабка
Не имеет зубчатой коробки скоростей, шпиндель вращается бесступенчато на всем диапазоне работы станка. Вращение может обеспечиваться через поликлиновой ремень от серводвигателя шпинделя или напрямую от моторшпинделя. Для обеспечения повышения момента используют ведущий и ведомый шкивы разного диаметра. Опционально применяют отдельную двухдиапазонную Z коробку с редукцией 1:1 и 1:4 (1:6), устанавливаемую на вал двигателя шпинделя.
Токарные обрабатывающие центры
Обрабатывающий центр () совмещает функции токарного и фрезерного станков и предназначены для комплексной обработки деталей типа тел вращения с высокой долей автоматизации. Высокая точность обработки обеспечивается конструкцией станка (высокоточные подшипники, линейные направляющие качения, активные измерительные системы контроля инструмента, жесткость и виброустойчивость базовых корпусных деталей и др.). Подобные станки предназначены прежде всего для производства сложных деталей, требующих как операции точения, так и фрезерования.
Особенности
:
позиционирование шпинделя на заданный угол,
одновременная интерполяция 3х и более осей,
приводной инструмент,
противошпиндель,
ось Y,
дополнительная резцедержка и прочие средства автоматизации.
Задняя бабка может перемещаться вручную, зацеплением за суппорт Z или иметь отдельный привод. Пиноль может заменяться на противошпинделе.
Точность станков и качество обработки
Качество обработки
на станке непосредственно связано с его точностью, которая характеризует степень влияния различных погрешностей станка (геометрических, кинематических, упругих, температурных и динамических) на точность изготовляемых деталей.
Геометрические погрешности
зависят от точности изготовления деталей, сборки и установки станка, а также износа узлов в процессе эксплуатации. Они влияют на точность взаимного расположения режущего инструмента и заготовки в процессе формообразования.
Кинематические погрешности
определяются ошибками в передаточных числах различных передач кинематической цепи, возникающими вследствие погрешностей отдельных элементов станка (зубчатых колес, червяков, винтовых пар и др.).
Упругие погрешности связаны с деформациями станка, которые вызывают изменение взаимного расположения инструмента и заготовки под действием сил резания и характеризуются жесткостью станка (станины), т.е. его способностью сопротивляться образованию деформации.
Температурные погрешности
возникают главным образом вследствие неравномерного нагрева/охлаждения различных элементов станка в процессе его работы (что приводит к изменению начальной геометрической точности) и оказывают существенное влияние на качество обработки деталей, особенно высокоточных.
Динамические погрешности
связаны с относительными колебаниями инструмента и заготовки. Они ухудшают качество обработки, могут снижать стойкость режущего инструмента и долговечность станка.
Кроме указанных погрешностей станка на качество обработки значительное влияние оказывают погрешности режущего инструмента, возникающие при его изготовлении и установке на станке, а также износ режущей части в процессе эксплуатации.
За точность установки и обработки детали в токарных станках отвечают специальные узлы - токарные бабки.
Шпиндельная (передняя) бабка - устройство токарного станка, предназначенное для сообщения заготовке вращательного движения. Обрабатываемая деталь закрепляется в цангу, патрон, планшайбу, установленную на шпинделе или фиксируется центрами между передней и задней бабками. Частота вращения заготовки и его направление могут регулироваться.
Задняя (упорная) бабка - узел токарного станка для фиксации (поджатия) обрабатываемых заготовок с помощью упорного или вращающегося центра, а также для установки режущего инструмента: сверл, зенкеров, разверток.
Устройство бабки токарного станка (шпиндельный узел)
Передняя бабка состоит из шпинделя, установленного в корпус, узла изменения направления вращения и регулировки оборотов, механизма пуска и останова.
Корпус шпиндельного устройства может иметь различную форму, отливается, как правило, из чугуна. В современных станках в жестком корпусе передней бабки имеются точные отверстия для установки передних и задних подшипников шпинделя.
Передача вращательного движения от двигателя к шпинделю осуществляется посредством клиновых ремней и шестерней зубчатой передачи. В станках токарной группы с ЧПУ энкодер воспринимает вращение шпинделя и преобразует его в электрический импульс, посылаемый в модуль ЧПУ. В свою очередь, контроллер управляет работой серводвигателя привода для постепенного (не дискретного) регулирования частоты оборотов шпинделя.
Шпиндельный узел, как правило, имеет систему циркуляционной смазки.
Шпиндель - полый внутри вал, изготовленный из углеродистой стали, в отверстие которого пропускают длинномерные заготовки. Установлен шпиндель в корпус передней бабки посредством переднего и заднего подшипниковых узлов.
Торец шпинделя токарных станков зарубежного производства соответствует ISO 702/1. На современных станках ЧПУ , в зависимости от запросов потребителя, геометрия торца шпинделя может быть изменена. На торец устанавливается зажимное устройство: токарный патрон, цанга, планшайба, упорный центр.
Посадочные поверхности торца шпинделя имеют обработку не ниже 6 квалитета (в прецизионных станках значительно выше), при изготовлении поверхность подвергается закалке и шлифовке (Ra не ниже 1,25), а ее наружный диаметр строго концентричен оси вращения. В противном случае радиальное и торцевое биение патрона или другого зажимного устройства, установленного на шпиндель, будут превышать допустимые значения. Это скажется на точности обработки заготовки.
В связи с этим, при замене зажимной оснастки посадочные поверхности шпинделя необходимо оберегать от различного рода повреждений, а также проверять биение вновь установленных патрона или цанги.
Проверка точности
Геометрическую точность обработки, например, на токарных станках с ЧПУ проверяют таким образом: в токарный патрон зажимается заготовка диаметром 200 мм длиной 500 мм и обтачивается по цилиндрической поверхности без поджима задней бабкой. Допустимое отклонение от цилиндричности - 0,04 мм на длине 300 мм от торца патрона.
При неудовлетворительных результатах проводят регулировку передней бабки токарного станка: установку оптимальных зазоров в радиально-упорных и упорных подшипниках шпинделя, воспринимающих радиальное и осевое усилие при работе оборудования.
Устройство задней бабки токарного станка
Упорная бабка состоит из плиты (основания, опирающегося на направляющие станины, корпуса со втулкой, в которую установлена рабочая пиноль, маховика (колеса перемещения пиноли)) и рукояток фиксации пиноли и задней бабки. В передней части пиноли имеется коническое отверстие, служащее для установки и фиксации приспособлений и инструмента.
С помощью любого , посредством которого может выполняться обработка как металлических, так и неметаллических деталей, осуществляются операции точения.
Конструктивные элементы станков токарно-винторезной группы
Любой , относящийся к категории универсального оборудования, позволяет выполнять следующие виды обработки деталей из различных материалов:
- развертывание отверстий;
- обтачивание и растачивание поверхностей различной конфигурации: фасонных, конических, цилиндрических;
- выполнение зенкерования и сверления;
- обработка торцов и их подрезка;
- нарезание резьбы различного типа.
Универсальный любой модели состоит из типовых узлов и механизмов, к которым относятся:
- суппорт станка;
- передняя и задняя бабка;
- коробка, обеспечивающая регулировку скоростей;
- несущая станина;
- шпиндель;
- электрическое оборудование;
- тумбы оборудования;
- гитары шестерен;
- ходовой валик;
- фартук оборудования;
- коробка, обеспечивающая выбор и смену подач;
- основной элемент , отличающий его от обычной токарной модели - ходовой винт.
Что характерно, конструктивные элементы токарно-винторезных станков разных моделей имеют не только одинаковое наименование, но и одинаковое расположение. К примеру, станки данной категории, выпущенные разными производителями (в том числе обладающие числовым программным управлением), практически идентичны по своей конструкции.
Для обеспечения управления всеми рабочими системами в оснащение токарно-винторезных станков входят различные рукоятки и рычаги. Сюда, в частности, относятся:
- рукоятка, за счет которой выполняется изменение скорости вращения шпинделя;
- орган управления, отвечающий за выбор параметров нарезаемой резьбы (шаг и подача);
- рукоятка, отвечающая за выбор категории шага нарезаемой резьбы - увеличенного или нормального;
- орган управления, определяющий направление движения салазок (продольное или поперечное);
- рукоятка для управления верхними салазками;
- элемент управления для включения и отключения вращения ходового винта;
- управляющий элемент для выбора направления нарезаемой резьбы;
- включение и отключение основного двигателя;
- элемент, отвечающий за фиксацию пиноли и автоматический запуск продольной подачи;
- так называемый штурвал, который отвечает за передвижение пиноли;
- орган управления параметрами подачи;
- управления параметрами перемещения суппорта;
- элемент, отвечающий за фиксацию задней бабки;
- элемент управления направлением движения шпинделя, а также его остановкой.
Классификация универсальных токарных станков
Выделяют в зависимости от нескольких параметров, к числу которых относятся:
- масса оборудования;
- максимальная длина детали, допускаемой к обработке на токарно-винторезном станке;
- максимальный диаметр такой детали.
Длина детали, обрабатываемой на токарно-винторезном станке той или иной модели, зависит от того, какое расстояние выдержано между его центрами. Если рассматривать диаметр заготовки, которую позволяет обрабатывать конкретный , то данный параметр находится в диапазоне от 100 до 4000 мм. Следует иметь в виду, что модели станков, на которых могут обрабатываться детали одинаковых диаметров, могут отличаться длиной обрабатываемых заготовок.
Универсальные токарные станки могут иметь различный вес. Так, по данному параметру оборудование относят к одной из следующих категорий:
- тяжелые станки, вес которых может доходить до 400 тонн (на токарно-винторезных станках данной категории можно обрабатывать детали с диаметром 1600–4000 мм);
- станки весом до 15 тонн (на таком оборудовании можно обрабатывать детали диаметром 600–1250 мм);
- оборудование массой до 4 тонн (с допустимым диаметром обрабатываемых деталей 250–500 мм);
- легкие станки, вес которых не превышает 0,5 тонн (на таком оборудовании можно обрабатывать детали с диаметром 100–200 мм).
Легкий универсальный токарный станок - это настольная модель, которая используется, как правило, в домашних мастерских или на небольших предприятиях.
Наиболее распространенными типами предприятий с такими токарно-винторезными станками являются:
- опытно-экспериментальные участки предприятий различных отраслей промышленности;
- предприятия, занимающиеся производством часовых механизмов;
- заводы, выпускающие приборы и контрольно-измерительное оборудование.
Токарно-винторезными станками тяжелой группы оснащают предприятия энергетической и машиностроительной отрасли. Устройства этого типа также применяют для обработки элементов специальных механизмов и узлов – деталей:
- турбинных механизмов;
- для оснащения железнодорожного транспорта (колесных пар и др.);
- для комплектации тяжелого прокатного оборудования.
Однако наибольшее распространение получили токарно-винторезные станки, относящиеся к средней категории. Именно за счет использования таких станков можно выполнять получистовые и чистовые металлообрабатывающие операции, а также нарезать резьбы различных категорий.
Универсальный токарный станок, относящийся к средней категории, обладает целым рядом весомых преимуществ: широкий диапазон подач рабочего инструмента и частот вращения шпинделя, высокая жесткость конструкции и мощность двигателя, позволяющая выполнять широкий перечень работ с заготовками из металла и других материалов.
Токарно-винторезные станки средней категории, кроме того, оснащаются различными механизмами и приспособлениями, которые значительно расширяют их функционал, позволяют делать обработку с большей точностью, делают труд обслуживающего персонала более комфортным и безопасным. Такие элементы дополнительного оснащения, что удобно, позволяют автоматизировать многие процессы обработки заготовок на токарно-винторезных станках.
Отдельно следует сказать о токарно-винторезных станках с числовым программным управлением (ЧПУ), которые в советское время выпускались одновременно несколькими предприятиями. Такими станками, как правило, оснащались предприятия, которые занимались выпуском большой номенклатуры мелкосерийной продукции. Устройство данного типа и возможность его быстрой переналадки делает его просто незаменимым в тех ситуациях, когда необходимо быстро перейти на выпуск деталей другой модификации.
Основные технологии обработки деталей на токарно-винторезных станках
Токарное оборудование, как правило, используется для обработки внешних поверхностей цилиндрической формы. В качестве инструмента в таких ситуациях используется проходной резец. Припуск по длине обрабатываемой детали обычно составляет от 7 до 12 мм. Такой запас размера необходим для того, чтобы можно было отрезать обрабатываемую заготовку на требуемую длину и выполнить обработку ее торцов.
Токарно-винторезные станки имеют практически однотипную компоновку, примером которой может служить станок 1К62 (рис. 89.
Рис. 89. Общий вид токарно-винторезного станка 1К62:
А - передняя (шпиндельная) бабка; Б - суппорт; В - задняя бабка; Г - фартук; Д - станина; Ж - коробка подач; 1,4 - рукоятки управления коробкой скоростей; 2 - грибок переключения звена увеличения шага; 3 - грибок управления реверсом для нарезания правых и левых резьб; 5 - маховик ручного продольного перемещения суппорта; в - ползун с пуговкой для включения и выключения реечного зубчатого колеса фартука; 7 - рукоятка ручного поперечного перемещения суппорта; 8 - кнопочная станция; 9 - рукоятка ручного перемещения верхней части суппорта; 10 - кнопка включения быстрых перемещений суппорта; 11 - рукоятка включения, выключения и реверсирования продольной и поперечной подач суппорта; 12, 14 - рукоятки включения, выключения и реверсирования вращения шпинделя; 13 - рукоятка включения маточной гайки фартука; 15, 16 -рукоятки управления коробкой подач
Основными его узлами являются станина, передняя (шпиндельная) бабка, в которой может быть размещена коробка скоростей, коробка подач, суппорт с резцедержателем и фартуком, задняя бабка.
Станина служит для монтажа всех основных узлов станка и является его основанием. Наиболее ответственной частью станины являются направляющие. Направляющие бывают различной формы: плоские, призматические и комбинированные. По ним перемещаются каретка суппорта и задняя бабка.
Передняя бабка крепится на левом конце станины. В ней находится коробка скоростей станка, основной частью которой является шпиндель, вращающийся в подшипниках качения или скольжения. Шпиндель обычно имеет сквозное отверстие, в которое может проходить обрабатываемый прутковый материал. На переднем конце шпинделя имеются посадочные поверхности для установки патрона или планшайбы, а внутри - коническое отверстие, куда может вставляться хвостовик центра.
На рис. 90 показан передний конец шпинделя станка 1К62. Канавка 1 предназначена для предохранителей, предотвращающих самопроизвольное свинчивание патронов при остановке станка. В корпусе передней бабки размещен также механизм коробки скоростей. Развертка коробки скоростей станка 1К62 показана на рис. 91. В некоторых станках коробка скоростей размещена в передней тумбе станины. В этом случае коробка скоростей связана со шпинделем ременной передачей. Такие станки называются станками с разделенным приводом.
Задняя бабка (рис. 92) служит для поддержания обрабатываемой детали при работе в центрах, а также закрепления инструментов, предназначенных для обработки отверстий (сверл, зенкеров, разверток) и нарезания резьбы (метчиков, плашек). Задняя бабка имеет возможность перемещаться по направляющим станины 9. Относительно направляющей плиты 12 корпус 13 бабки может перемещаться в поперечном направлении от винта 11. Бабка закрепляется на станке с помощью рукоятки, прижимающей (через эксцентрик) бабку к станине башмаком 10. Дополнительное более надежное закрепление осуществляется винтом. Пиноль 3 вместе с центром 1 перемещается в осевом направлении от маховика 6 и винтовую пару 4 -6. От поворота пиноль удерживается шпонкой. Закрепляют пиноль рукояткой 2, винт которой сводит сухари 7 и 8 с цилиндрическими вырезами. Корпус задней бабки может иметь замок для соединения с суппортом, например, при сверлении для сообщения механической подачи инструменту, установленному в задней бабке.
Рис. 90. Передний конец шпинделя токарно-винторезного станка 1К62
Коробка подач (рис. 93) служит для передачи вращения от шпинделя или от отдельного привода ходовому валу 2 или ходовому винту 1, а также для изменения их частоты вращения с целью получения необходимых подач или определенного шага при нарезании резьбы. Это достигается изменением передаточного отношения коробки подач. Коробка подач связана со шпинделем станка гитарой со сменными зубчатыми колесами.
Рис. 91. Развертка коробки скоростей станка 1К62:
1 - шкив; 2 - реверсивная фрикционная муфта; 3 - ось; 4 - рукоятка для переключения блоков на валу IV; 5 - маховик механизма реверса и уменьшения подачи; 6 - маховик для переключения двойного блока на валу VII; 7 - маховик управления блоками зубчатых колес на валах 11 и III
Фартук (рис. 94) предназначен для преобразования вращательного движения ходового вала и ходового винта в прямолинейное поступательное движение суппорта.
Суппорт служит для закрепления режущего инструмента и сообщения ему движений подачи. Суппорт (рис. 95) состоит из каретки (нижних салазок) 1, которая перемещается по направляющим станины; поперечных салазок 2, скользящих по направляющим каретки 1 в поперечном, к оси заготовки, направлении; поворотной части 4 с направляющими, по которым перемещается резцовая каретка (верхняя каретка) 3. Движение каретке и поперечным салазкам можно сообщать как автоматически, так и вручную. Поворотную часть суппорта 4 можно устанавливать под углом к линии центров станка. Резцовая каретка 3 перемещается по направляющим поворотной части только вручную. У суппорта имеется задний резцедержатель, который устанавливается на поперечных салазках. Он используется для прорезания канавок.
Рис. 92. Задняя бабка станка 1К62
Управление перемещением каретки и поперечных салазок суппорта осуществляется одной рукояткой (рис. 96). Направление перемещения рукоятки при включении того или иного движения совпадает с направлением перемещения суппорта в четырех направлениях. Быстрое перемещение суппорта осуществляется от отдельного электродвигателя, который расположен в правой части станины и сообщает ускоренное движение ходовому валу. Этот электродвигатель включается кнопкой К, расположенной на рукоятке.
Рис. 95. Суппорт станка 1К62
Токарная обработка материалов заключается в обработке тел вращения режущим инструментом, движущимся вдоль оси вращения заготовки.При поступательном движении резца, с поверхности заготовки снимается слой материала.
Исторически сложилось так, что обработка "круглых" деталей требовалась практически
во всех отраслях народного хозяйства. Первые токарные станки были очень
примитивные: заготовку вращали при помощи ножного привода, а режущий
инструмент держали в руках с упором на подставку. На таких станках можно было
обрабатывать только мягкие материалы, например, такие как дерево.
Токарный станок Петра I.
В конце 19 века, с появлением машин, стали использовать паровые, а затем и электрические двигатели для вращения обрабатываемых деталей. Важным достижением того времени явилось то, что были разработаны и внедрены держатели режущего инструмента. Инструмент закреплялся в специальной обойме, а обойму оператор мог перемещать как параллельно, так и перпендикулярно заготовке, вращая определённые ручки. Такие приспособления стали называться "суппорт токарного станка".
Токарный станок начала 20 века.
Современные токарные станки позволяют в автоматическом режиме перемещать режущий инструмент в заданных направлениях. К достоинствам современных токарных станков относится так же возможность нарезания резьбы практически любого профиля и заданной точности. Поэтому современные станки называются "Токарно-винторезные станки".
Устройство и основные узлы токарного станка.
Большинство токарных станков имеют практически одинаковую конструкцию и
различаются только габаритами и расположением органов управления.
На рисунке показан типовой токарный станок и его основные узлы.
Ось токарного станка
- виртуальная ось, проходящая через ось вращения заготовки
параллельно станине.
Передняя тумба и задняя тумба
- литые чугунные тумбы, служащие подставками для
узлов и механизмов станка. В настольных станках тумбы не используются.
Станина
- основная часть, остов токарного станка. Станину, обычно, изготавливают
цельнометаллической путём отливки из чугуна. Станина крепится к тумбам станка.
Большой вес станины снижает вибрации от электропривода станка и вибрации,
возникающие в процессе обработки деталей. В нижней части станины, внутри или
сзади токарного станка устанавливается двигатель электропривода.
Электрический шкаф
- шкаф, внутри которого расположены элементы электрической
схемы станка, а на наружной панели включатели главного электродвигателя,
компрессора для охлаждающих жидкостей, вольтметр и индикаторные лампочки.
Передняя бабка
- заключает в себя набор шестерён, рычагов, валов и механизмов для
изменения скорости вращения заготовки и скорости подачи режущего инструмента.
Гитара
- составная часть передней бабки, в которой расположены сменные шестерни
для настройки привода инструмента при нарезании резьбы (в современных станках
смена шестерён не требуется).
Шпиндель
- основной вал вращения заготовки. На шпинделе могут устанавливаться
крепёжные приспособления, такие как патрон, центр, цанга и тому подобные.
Патрон
- наиболее распространённое крепёжное приспособление для заготовок.
Суппорт
- приспособление для крепления обрабатывающего инструмента и перемещения инструмента в заданных направлениях.
Фартук
- передняя крышка суппорта.
Задняя бабка
- приспособление для крепления заготовки (при обработке в центрах), или для крепления инструментов, таких например как метчик,
плашка при нарезании резьбы и прочих приспособлений.
Передняя бабка
На фронтальной поверхности передней бабки расположены рычаги переключения
скорости вращения шпинделя и скорости подачи режущего инструмента.
Шильдики
- пояснительные таблички. На токарных станках, на шильдиках указаны
зависимость скорости перемещения или вращения узлов станка от выбранных
положений рукояток установки.
Рукоятки установки скорости шпинделя
- в зависимости от положения этих рукояток
изменяется скорость вращения шпинделя. Рукоятки можно перемещать только на
остановленном станке.
Делительный рычаг
- Рычаг переключения скорости вращения шпинделя.
Рычаг имеет три положения. В крайнем левом положении шпиндель станка вращается
с нормальной скоростью установленной рукоятками установки скорости шпинделя.
В вертикальном (нейтральном) положении шпиндель не вращается.
В крайнем правом положении шпиндель вращается со скоростью в 10 раз ниже заданной.
Переключать этот рычаг можно только на остановленном станке.
Рукоятки установки скорости подачи
- этими рукоятками устанавливается скорость
перемещения режущего инструмента при обработке деталей, а так же перемещение
режущего инструмента за один оборот шпинделя при нарезании резьбы.
Рукоятки можно перемещать только на остановленном станке.
Шпиндель
- стальная толстостенная труба. Шпиндель служит для передачи
вращения от электропривода, через систему шестерён, к обрабатываемой детали.
Входная часть шпинделя на поверхности имеет резьбу для установки крепёжных
патронов, а входное отверстие имеет форму конуса для установки центров или других
крепёжных приспособлений.
Следует заметить, что у разных моделей станков, число и положение рукояток настройки
скорости вращения и перемещения могут отличаться от показанных на рисунке.
Для конкретной модели токарного станка следует внимательно ознакомиться с
обозначениями на шильдиках или прочитать инструкцию по эксплуатации станка.
Задняя бабка
Задняя бабка
- приспособление для крепления заготовки (при обработке в центрах),
или для крепления инструментов, таких например как метчик, плашка при нарезании
резьбы; свёрл или сверлильного патрона при сверлении отверстий.
Суппорт
Суппорт токарного станка предназначен для закрепления и перемещения режущего инструмента.
Поворотный резцедержатель
- приспособление для закрепления и смены
режущего инструмента.
Ручка крепления резцедержателя
- предназначена для смены режущего инструмента.
Для смены инструмента ручку поворачивают против часовой стрелки (от себя), при этом
затяжная головка ослабляет фиксацию резцедержателя и происходит его поворот.
Для фиксации резцедержателя следует повернуть ручку крепления резцедержателя по
часовой стрелке (на себя) до упора.
Верхние салазки
- механизм перемещения резцедержателя в заданном направлении.
Верхние салазки можно поворачивать (в параллельной плоскости) относительно оси
станка на заданный угол. Об этом будет подробно рассказано в
теме "Обработка конических поверхностей".
Рукоятка перемещения верхних салазок
- вращение этой рукоятки перемещает
верхние салазки в горизонтальной плоскости.
Поперечные салазки
- предназначены для перемещения режущего инструмента в
горизонтальной плоскости строго перпендикулярно оси станка.
Рукоятка перемещения поперечных салазок
- вращение этой рукоятки по
часовой стрелке приводит к перемещению поперечных салазок вперёд (к оси станка),
а против часовой стрелки назад (от оси станка).
Продольные салазки
- устройство перемещения режущего
инструмента строго параллельно оси станка.
Колесо перемещения продольных салазок
- вращение этого колеса против часовой
стрелки приводит к горизонтальному перемещению режущего инструмента справа налево,
а по часовой стрелке - слева направо.
Включатель винтовой подачи
- используется только при нарезании резьбы резцом.
Во всех остальных режимах обработки деталей этот включатель заблокирован.
Переключатель подач
- многопозиционный рычаг для включения автоматического перемещения режущего инструмента в заданном направлении.
В положении 0 - (нейтраль) суппорт стоит на месте; в положениях 1 или 2 перемещаются
поперечные салазки (вперёд или назад соответственно); в положении 3 или 4
перемещаются продольные салазки (влево или вправо соответственно).
Переключатели подач могут иметь и другую конструкцию, например, иметь два рычага.
Один включает продольную, а другой поперечную подачи.
Приводные валы и механизмы
Для автоматического перемещения элементов суппорта, а так же для оперативного
включения и выключения вращения шпинделя в токарном станке предусмотрено
несколько приводных валов и соответствующих механизмов.
Механизмы включения - выключения различных приводов находятся в
суппорте под фартуком.
Вал включения шпинделя
- имеет на себе две ручки включения шпинделя.
Одна ручка расположена слева от оператора станка, а вторая справа.
Обе ручки жёстко закреплены на валу. При перемещении любой из этих ручек вверх
происходит включение станка, и шпиндель начинает вращаться против часовой стрелки
(рабочее, прямое вращение). В среднем положении ручек - станок выключен.
При перемещении ручек вниз шпиндель начинает вращаться по часовой стрелке
(обратное вращение).
Зубчатая рейка
- составная часть механизма ручного перемещения суппорта в
продольном направлении. При вращении колеса перемещения продольных
салазок происходит зацепление зубчатого колеса связанного с осью вращения колеса
и зубчатой рейкой, при этом происходит перемещение суппорта.
Вал подачи
- Этот вал предназначен для автоматического перемещения режущего
инструмента. Вал по всей рабочей длине имеет продольный паз, служащий для
зацепления с механизмом перемещения. При работающем станке этот вал постоянно
вращается. Ручкой переключения подач включается механизм
выбранного перемещения.
Вал резьбовой (Винт)
- предназначен для привода суппорта в продольном направлении
при нарезании резьбы резцом. Вращение этого вала происходит только в режиме
нарезания резьбы.
Лимбы
Лимб - это кольцо (или плоская шайба) с нанесёнными на его поверхности рисками,
расположенными на равных расстояниях друг от друга. На определённом интервале,
например через каждые 10 рисок, нанесены цифры, указывающие определённую
величину градуировки лимба. Лимб может быть отградуирован в миллиметрах,
градусах или других метрических величинах.
На рисунке показан лимб, расположенный на механизме перемещения поперечных
салазок. Вращение лимба происходит совместно с вращением рукоятки перемещения
инструмента. Каждая десятая риска на лимбе пронумерована 0, 1, 2 ..19. Всего лимб
имеет 200 рисок. В данном случае при повороте рукоятки, например, на 10 делений
(от 0 до 1) рабочий инструмент переместится на 1 миллиметр.
Разные станки имеют разную градуировку лимбов, поэтому следует справляться в
инструкции по эксплуатации конкретного станка. Если нет возможности узнать эту
информацию, то можно определить величину перемещения самостоятельно.
Для этого следует проточить деталь и измерить полученный размер, затем снова
проточить деталь, повернув рукоятку на десять делений и снова измерить размер,
полученный после проточки. Разница между предыдущим и последним измерением
как раз и будет величина перемещения инструмента при повороте на 10 делений.
Кольцо лимба можно поворачивать на оси механизма, удерживая рукоятку перемещения.
Это бывает необходимо для установки точки отсчёта при обработке, обычно
устанавливается значение 0.
Основные типы и характеристики токарных станков
Токарные станки имеют определённые характеристики, которые следует учитывать при изготовлении на них тех или иных деталей:
Подробно о типах современных станков можно посмотреть на сайте
"Станки для Вашего производства".