Статистика утверждает, что 60% всех металлических изделий, деталей и автономных приспособлений, неминуемо проходят стадию обработки на токарных станках. Самый простой токарный станок способен выполнять массу операций на наружных и внутренних поверхностях металлических заготовок, превращая их в готовую деталь с высокой степенью точность. С основами устройства токарных станков по металлу мы сегодня вкратце познакомимся.

Устройство токарного станка, 6 класс

Основы обработки металлов резанием при помощи механических станков, механическую обработку металлов, каждый изучал еще в школе, правда на минимальном уровне, но все же знаний хватало для того, чтобы производить элементарные операции на простейших токарно-винторезных станках. Устройство токарного станка по металлу - не география, технологические аспекты постоянно совершенствуются, год от года растут требования к станкам и возможности агрегатов.

Поэтому эти знания очень быстро устаревают. К примеру, токарно-револьверный станок с ЧПУ еще лет 20-30 назад был неизведанным механизмом, пришедшим из секретных лабораторий. Сегодня же практически каждый желающий может установит у себя дома любой токарно-винторезный станок самых разных размеров и самых разных конфигураций. Тем не менее, основные узлы и агрегаты остались неизменными, в чем мы сегодня убедимся.

Архитектура токарно-винторезного станка по металлу

Несмотря на то, что первые токарные станки, которые появились в конце 18 века, это были вполне самодостаточные устройства, которые позволяли и обрабатывать металлы на довольно высоком технологическом уровне, нарезать резьбу и выполнять более сложную работу. Первый из них появился в 1794 году и это уже было устройство, практически идентичное тем простым токарно-винторезным станкам, которыми мы пользуемся сегодня.

Основными узлами и элементами токарного станка металлу были и остаются:

1. Станина. Основа любого металлорежущего и деревообрабатывающего оборудования. От того, насколько прочная и насколько точно изготовлена станина, зависит качество детали и функциональность устройства. Станина токарного станка должна быть максимально тяжелой, чтобы предотвращать вибрации, смещения, искривления траектории движения режущего инструмента. Масса станины должна быть такой, чтобы поглотить любые вибрации, возникающие по ходу работы на устройстве, а ее конструкция - максимально жесткой, прочной и долговечной.
   
2. Шпиндельная бабка передняя. Основное предназначения шпиндельной бабки - фиксация и обеспечение вращения обрабатываемой детали. Тем не менее, многие станки сконструированы таким образом, что шпиндельная бабка может соединять в себе и коробку передач токарного станка, и устройство подачи обрабатывающей головки или суппорта. Как правило, передняя бабка выполнена в мощном корпусе, который жестко крепится к станине.
3. Задняя бабка. Это устройство обеспечивает крепление вращающейся детали соосно шпинделю и должно удерживать деталь в заданных координатах, а при необходимости осуществлять подачу дополнительного оборудования, в зависимости от модификации и типа станка.
   
4. Это один из самых главных узлов токарного станка, независимо от его предназначения и характеристик. Суппорт выполняет важнейшую функцию - он прочно удерживает и подает режущий инструмент в направлении обрабатываемой детали. Суппорт может быть полностью управляемый автоматикой, а может быть ручным. В зависимости от технического решения суппорта, функции токарного станка могут быть совершенно разными. Суппорт может подавать режущий инструмент в нескольких плоскостях сразу, что делает его незаменимым в изготовлении самых сложных деталей.
   

Вкратце, так выглядит архитектурная схема токарно-винторезного станка по металлу.

Характеристики токарного станка

Функциональность металлорежущего оборудования практически ничем не ограничена. При необходимости можно купить и токарно-фрезерный станок, и токарно-револьверный с устройством копировальным и программным управлением. Все зависит от потребности а конкретных деталях и и классе их точности.

Как правило, для домашнего использования покупают или собирают своими руками несложные токарные станки, позволяющие выполнять простейшие, но необходимые операции - проточку валов, изготовление шкивов и конусов, изготовление фасонных деталей, и элементарные фрезеровочные работы. Каждый станок подбирается максимально под потребности, тогда он будет работать в оптимальном нагрузочном режиме и прослужит долго и надежно.

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.

По сути, устройство токарного станка, вне зависимости от его модели и уровня функциональности, включает в себя типовые конструктивные элементы, которые и определяют технические возможности такого оборудования. Конструкция любого станка, относящегося к категории оборудования токарной группы, состоит из таких основных элементов, как передняя и задняя бабка, суппорт, фартук устройства, коробка для изменения скоростей, коробка подач, шпиндель оборудования и приводной электродвигатель.

Передняя бабка Задняя бабка Суппорт
Приводные валы Рычаг переключения скоростей Лимб

Как устроены станина и передняя бабка станка

Станина является несущим элементом, на котором устанавливаются и фиксируются все остальные конструктивные элементы агрегата. Конструктивно станина представляет собой две стенки, соединенные между собой поперечными элементами, придающими ей требуемый уровень жесткости. Отдельные части станка должны перемещаться по станине, для этого на ней предусмотрены специальные направляющие, три из которых имеют призматическое сечение, а одна – плоское. Задняя бабка станка располагается с правой части станины, по которой перемещается благодаря внутренним направляющим.

Передняя бабка одновременно выполняет две функции: придает заготовке вращение и поддерживает ее в процессе обработки. На лицевой части данной детали (она также носит название «шпиндельная бабка») располагаются рукоятки управления коробкой скоростей. При помощи таких рукояток шпинделю станка придается требуемая частота вращения.

Для того чтобы упростить управление коробкой скоростей, рядом с рукояткой переключения располагается табличка со схемой, на которой указано, как необходимо расположить рукоятку, чтобы шпиндель вращался с требуемой частотой.

Рычаг выбора скоростей станка BF20 Yario

Кроме коробки скоростей, в передней бабке станка размещен и узел вращения шпинделя, в котором могут быть использованы подшипники качения или скольжения. Патрон устройства (кулачкового или поводкового типа) фиксируется на конце шпинделя при помощи резьбового соединения. Именно данный узел отвечает за передачу вращения заготовке в процессе ее обработки.

Направляющие станины, по которым перемещается каретка станка (нижняя часть суппорта), имеют призматическое сечение. К ним предъявляются высокие требования по параллельности и прямолинейности. Если пренебречь этими требованиями, то обеспечить высокое качество обработки будет невозможно.

Назначение задней бабки токарного оборудования

Конструкция которой может предусматривать несколько вариантов исполнения, необходима не только для фиксации деталей, имеющих значительную длину, но и для крепления различных инструментов: сверл, метчиков, разверток и др. Дополнительный центр станка, который устанавливается на задней бабке, может быть вращающимся или неподвижным.

Схема с вращающимся задним центром используется в том случае, если на оборудовании выполняется скоростная обработка деталей, а также при снятии стружки, имеющей значительное сечение. При реализации этой схемы задняя бабка выполняется с такой конструкцией: в отверстие пиноли устанавливаются два подшипника – передний упорный (с коническими роликами) и задний радиальный, – а также втулка, внутренняя часть которой расточена под конус.

Осевые нагрузки, возникающие при обработке детали, воспринимаются упорным шарикоподшипником. Установка и фиксация заднего центра оборудования обеспечиваются за счет конусного отверстия втулки. Если необходимо установить в такой центр сверло или другой осевой инструмент, втулка может быть жестко зафиксирована при помощи стопора, что предотвратит ее вращение вместе с инструментом.

Задняя бабка, центр которой не вращается, закрепляется на плите, перемещающейся по направляющим станка. Пиноль, устанавливаемая в такую бабку, передвигается по отверстию в ней при помощи специальной гайки. В передней части самой пиноли, в которую устанавливают центр станка или хвостовик осевого инструмента, выполняют коническое отверстие. Перемещение гайки и, соответственно, пиноли обеспечивается за счет вращения специального маховика, соединенного с винтом. Что важно, пиноль может перемещаться и в поперечном направлении, без такого перемещения невозможно выполнять обработку деталей с пологим конусом.

Шпиндель как элемент токарного станка

Наиболее важным конструктивным узлом токарного станка является его шпиндель, представляющий собой пустотелый вал из металла, внутреннее отверстие которого имеет коническую форму. Что примечательно, за корректное функционирование данного узла отвечают сразу несколько конструктивных элементов станка. Именно во внутреннем коническом отверстии шпинделя фиксируются различные инструменты, оправки и другие приспособления.

Чтобы на шпинделе можно было установить планшайбу или токарный патрон, в его конструкции предусмотрена резьба, а для центрирования последнего еще и буртик на шейке. Кроме того, чтобы предотвратить самопроизвольное откручивание патрона при быстрой остановке шпинделя, на отдельных моделях токарных станков предусмотрена специальная канавка.

Именно от качества изготовления и сборки всех элементов шпиндельного узла в большой степени зависят результаты обработки на станке деталей из металла и других материалов. В элементах данного узла, в котором может фиксироваться как обрабатываемая деталь, так и инструмент, не должно быть даже малейшего люфта, вызывающего вибрацию в процессе вращательного движения. За этим необходимо тщательно следить как в процессе эксплуатации агрегата, так и при его приобретении.

В шпиндельных узлах, что можно сразу определить по их чертежу, могут устанавливаться подшипники скольжения или качения – с роликовыми или шариковыми элементами. Конечно, большую жесткость и точность обеспечивают подшипники качения, именно они устанавливаются на устройствах, выполняющих обработку заготовок на больших скоростях и со значительными нагрузками.

Строение суппорта

Суппорт токарного станка – это узел, благодаря которому обеспечивается фиксация режущего инструмента, а также его перемещение в наклонном, продольном и поперечном направлениях. Именно на суппорте располагается резцедержатель, перемещающийся вместе с ним за счет ручного или механического привода.

Движение данного узла обеспечивается его строением, характерным для всех токарных станков.

• Продольное перемещение, за которое отвечает ходовой винт, совершает каретка суппорта, при этом она передвигается по продольным направляющим станины.
• Поперечное перемещение совершает верхняя – поворотная – часть суппорта, на которой устанавливается резцедержатель (такое перемещение, за счет которого можно регулировать глубину обработки, совершается по поперечным направляющим самого суппорта, имеющим форму ласточкиного хвоста).

Резцедержатель, который также называют резцовой головкой, устанавливается в верхней части суппорта. Последнюю при помощи специальных гаек можно фиксировать под различным углом. В зависимости от необходимости на токарных станках могут устанавливаться одно- или многоместные резцедержатели. Корпус типовой резцовой головки имеет цилиндрическую форму, а инструмент вставляется в специальную боковую прорезь в нем и фиксируется болтами. На нижней части резцовой головки имеется выступ, который вставляется в соответствующий паз на суппорте. Это наиболее типовая схема крепления резцедержателя, используемая преимущественно на станках, предназначенных для выполнения несложных токарных работ.

Электрическая часть токарного станка

Все современные токарные и , отличающиеся достаточно высокой сложностью своей конструкции, приводятся в действие при помощи привода, в качестве которого используются электродвигатели различной мощности. Электрические двигатели, устанавливаемые на такие агрегаты, могут быть асинхронными или работающими от постоянного тока. В зависимости от модели двигатель может выдавать одну или несколько скоростей вращения.

Электрическая схема токарного станка 1К62 (нажмите для увеличения)

Л АБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

И ЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ТОКАРНО - ВИНТОРЕЗНОГО СТАНКА

Цель работы:

изучить конструкцию токарного станка на примере токарно-винторезного станка 1К62, научиться пользоваться кинематическими схемами и рассчитывать кинематические цепи движения.

Приборы, материалы, инструмент:

5. Методические пособия.

6. Плакаты.

7. Калькуляторы.

1. Изучить конструкцию токарно-винторезного станка 1К62 по кинематическим схемам.

4. Оформить отчет о проделанной работе.

1. Устройство токарного станка

Основной деталью токарного станка является станина (рис.8.1), которая представляет собой массивную чугунную отливку коробчатого сечения, на которой монтируются все узлы станка.

Станина имеет две ножки (тумбы), которые прикрепляются к массивному бетонному фундаменту. На верхней части станка имеются направляющие, по которым перемещаются суппорт и задняя бабка.

Передняя часть станка называют передней бабкой – она представляет собой неподвижно закрепленную коробку скоростей со шпинделем, в котором закрепляют обрабатываемые детали.

Задняя бабка служит для поддержания правого конца длинных заготовок при помощи центра. В пиноли задней бабки можно закреплять также инструменты для обработки отверстий – сверла, зенкера, развертки. Пиноль может перемещаться в осевом направлении при помощи маховичка и винта, имеется стопорный механизм, фиксирующий пиноль. Заднюю бабку перемещают по направляющим вручную и закрепляют болтовым соединением.

Рис. 8. 1. Схема расположения основных узлов токарного станка.

Коробка подач получает движение от вала шпинделя через гитару подач. От нее получают движение или ходовой винт или ходовой вал, которые в свою очередь передают движение на суппорт станка.

Суппорт предназначен для закрепления и подачи режущего инструмента. Он обеспечивает перемещение инструмента вдоль направляющих станка и поперек направляющих. Кроме того, среднюю часть суппорта можно поворачивать на угол 450 и закреплять в требуемом положении. Верхнюю часть суппорта вместе с инструментом можно перемещать вручную. Продольное и поперечное движение можно осуществлять механически или вручную.

Токарно-винторезный станок 1К62

Станок предназначен для выполнения разнообразных токарных работ и нарезания различных резьб.

Техническая характеристика станка

Наибольший диаметр обрабатываемой детали – 400 мм. Расстояние между центрами – 710, 100, 1400 мм. Диаметр отверстия шпинделя – 47 мм.

Частота вращения шпинделя – 12,5 – 2000 об/мин. Число ступеней коробки скоростей – 23.

Число подач – 42. Подачи на 1 оборот в мм:

продольные – 0,07 - 4,16, поперечные – 0,035 – 2,08.

Шаг нарезаемой метрической резьбы в мм – 1 - 192. Мощность электродвигателя – 10 кВт.

На рис.8.2 показана полная кинематическая схема станка. Главным движением в станке является вращение шпинделя, которое он получает от электродвигателя, расположенного в передней тумбе станины. Движение от электродвигателя передается посредством клиноременной передачи на первичный вал коробки скоростей (рис.8. 3

– более подробно).

На первичном валу - 2 установлена двухсторонняя многодисковая фрикционная муфта М1 . Для получения прямого вращения шпинделя муфту смещают влево и тогда привод на шпиндель осуществляется по следующей цепи зубчатых колес: с вала 2 на вал 3 с 4 5 или 6 7. С вала 3 на вал 4 с 8 9, или 10 11, или 12 13. С вала 4 на вал 5 (шпинделя) с 14 15 или через перебор, состоящий из группы передач с двухвенцовыми блоками 16-17 и 18-19 и зубчатых колес 20-21.

Переключая блоки колес, можно получить шесть вариантов зацепления зубчатых колес при передаче непосредственно с вала 4 на вал 5 и 24 варианта при передаче вращения через перебор.

Структурную формулу рассматриваемой кинематической цепи

d1 = 254 мм – диаметр ведущего шкива ременной передачи, d2 = 142 мм – диаметр ведомого шкива,

nдв = 1450 об/мин – скорость вращения вала электродвигателя, nш – скорость вращения шпинделя,

iк.с. – передаточное число коробки скоростей.

Рисунок 8.2. Кинематическая схема коробки скоростей станка 1К62.

Рис. 8.3.Кинематическая схема коробки скоростей.

При положении зубчатых колес, изображенных на рис. 8.3 передаточное отношение главной цепи движения равно:

Таблица 8.1 Числа зубьев зубчатых колес коробки скоростей станка 1К62

Механизм подачи включает в себя четыре кинематические цепи: винторезную, продольной подачи, поперечной подачи, ускоренного перемещения суппорта.

Вращение валу 8 передается от вала шпинделя 5 через зубчатые колеса 25 26 или при нарезании резьбы с увеличенным шагом – через колеса 27 28. С вала 8 на вал 9 движение передается через зубчатые колеса с 34 35 или с 32 33. Реверсирование ходового винта производится включением колес 363738. Далее движение подач из коробки скоростей передается на гитару подач (рис.12. 4). Зубчатые колеса 39 и 40 гитары подач жестко крепятся на валу 9 коробки скоростей, а блок 40-42 на валу 10 коробки подач. Изменение передаточного отношения гитары подач производится при переустановке зубчатого колеса 43. При точении и нарезании

метрических и дюймовых резьб в зацеплении находятся 39 43 40, а при нарезании модульных и питчевых резьб – 41 43 42.

Рис. 8.4. Кинематическая схема гитары подач.

При перенастройке гитары подач блоки 41-39 и 40-42 снимаются и переворачиваются. В случае нарезания точных резьб со специальным шагом настройка гитары осуществляется подбором чисел зубьев сменных колес из имеющегося набора.

Коробка подач (рис. 8.5) имеет механизм с конусным блоком зубчатых колес 50-56 и четырехступенчатый множительный механизм.

Механизм с конусным блоком состоит из семи зубчатых колес, жестко закрепленных на валу 12 и накидного механизма с шестернями 47, 48, 49, который может перемещаться вдоль вала 11 по шлицам. Перемещая этот механизм вдоль вала 11 и, сцепляя накидную шестерню с одним из колес конусного блока, можно получить семь различных чисел оборотов.

Множительный механизм имеет два двойных блока зубчатых колес – 66-67 и 61-63, переключая которые, можно получить четыре различных числа оборотов.

Путем переключения муфт М2 , М3 , М4 , М5 можно передавать вращение по различным кинематическим цепям.

При включении муфт М2 , М3 , М5 вращение с вала 10 передается непосредственно на ходовой винт. Такая настройка применяется при нарезании точных резьб со специальным шагом.

Рис. 8.5. Кинематическая схема коробки подач.

При включении муфт М2 , М4 вращение с вала 10 передается через конусный механизм на вал 11, вал 12, затем через зубчатые колеса 61 64 или 63 67 на вал 14 и далее через 64 67 или 6567 на вал 15 и далее на ходовой винт при правом положении блока 69 или на ходовой вал при левом положении блока 69 (69 70) и через обгонную муфту М6 или 69 71, минуя обгонную муфту. При этом зубчатое колесо 46 выведено из зацепления.

При выключенной второй муфте и включенной четвертой движение на вал 13 может передаваться через 44 45, затем с 45 на 46 и далее как в предыдущем варианте.

При включенной муфте М2 и выключенной муфте М4 движение с вала 10 через муфту М2 передается на вал 12, затем через 57 58 и 5960 на вал 13 и далее по кинематической цепи с вала 13 на ходовой вал или винт.

В таблице 8.2 приведены числа зубьев зубчатых колес коробки подач, соответствующие их номерам по кинематической схеме.

Таблица 8.2 Числа зубьев зубчатых колес, соответствующие их номерам по

кинематической схеме

Механизм фартука суппорта расположен в корпусе, привернутом к каретке суппорта. Движение на суппорт передается через ходовой вал или ходовой винт, т.е. по винторезной цепи или цепи продольной и поперечной подач.

Винторезная кинематическая цепь включается от ходового винта маточной гайкой 68, которая закреплена в фартуке.

Для передачи движения от ходового вала используется механизм фартука (рис.8.6). По ходовому валу 16, вдоль шпоночного паза скользит зубчатое колесо 72, передающее вращение от вала через пару зубчатых колес 73 74 и червячную пару 75 76 валу 17. Для получения продольной подачи суппорта и его реверсирования включают одну из кулачковых муфт М7 или М8 . Тогда вращение от вала 17 передается зубчатыми колесами 777879 или 80 81 валу 18 и далее парой 82 83 на вал 20 к реечному колесу 84. Рейка 85 неподвижно закреплена на станине станка, поэтому реечное колесо, вращаясь, одновременно катится по рейке и тянет за собой фартук с суппортом.

Поперечная подача и ее реверсирование осуществляются включением муфт М9 и М10 . В этом случае через передачи 77 78 86

Для осуществления ускоренного (установочного) перемещения суппорта ходовому валу сообщается быстрое вращение от электродвигателя, установленного в правом конце станины, через клиноременную передачу. При этом механизм подачи не отключается, т.к. муфта М6 обеспечивает разъединение ходового вала с коробкой подач.

Рис.8. 6. Кинематическая схема механизма фартука.

В таблице 8.3 приведены числа зубьев зубчатых колес механизма фартука, соответствующие их номерам в кинематической схеме.

Таблица 8.3

Числа зубьев зубчатых колес механизма фартука, соответствующие их номерам в кинематической схеме

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.