По статистике около 60% всех изделий из металла проходит обработку на токарных станках. Даже простой аппарат способен выполнять массу операций по обработке внутренних и наружных элементов металлической заготовки, превращая их в готовую к использованию деталь.
Устройство токарного станка
Первые токарные аппараты появились в конце XVIII века. Эти устройства позволяли достаточно быстро и качественно обрабатывать металл. В 1794 году появился первый аппарат, схема устройства которого сохранилась в неизменном виде до сегодня.
Перед рассмотрением конструктивных особенностей токарных станков необходимо отметить, что технология их функционирования постоянно меняется, поэтому токарно-революционный аппарат с ЧПУ всего 20 лет назад считался эталоном станка по обработке металлов. Тем не менее, устройство токарного станка по металлу остается неизменным.
Основные элементы токарного станка по металлу:
Устройство универсального токарно винторезного станка
Конструктивные особенности токарно-винторезных станков
Станки этого класса используются для обработки деталей в форме диска, втулок и валов. Эти устройства производят внутреннее точение цилиндрических, торцевых, фасонных поверхностей. Кроме этого, они способны производить отрезку, сверление и зенкерование металлических деталей. Классический набор функций токарно-винторезных станков дополняется нарезанием всех видов внутренней и наружной резьбы, а также раскаткой поверхности металла. Сфера применения станков: частные мастерские и мелкосерийное производство.
- Основание – это монолитная часть устройства, изготовленная из высокопрочных материалов: чугуна, нержавеющей или легированной стали. Основание станка выполняет две важных роли: обеспечивает фиксацию коробки передач и обрабатываемой детали;
- Станина является главным элементом, на котором располагаются основные узлы станка. Верхняя часть станины содержит направляющие механизмы, по которым перемещаются режущие элементы – суппорт и задняя бабка станка;
- Передняя бабка. Винторезные аппараты отличаются устройством передней бабки от классических моделей тем, что в этой части располагается шпиндель – деталь, передающая заготовке вращающийся момент. Кроме этого, на передней бабке присутствуют дополнительные удерживающие элементы: фланец, коническая шейка и отверстие. Названные детали отвечают за фиксацию и центрирование обрабатываемой детали;
- Гитара отвечает за настройку цепи передач. Настраивается она посредством смены зубчатых колес. Современные винторезные станки позволяют устанавливать метрический и модульный шаг резьбы. Гибкие настройки гитары позволяют перевести аппарат в ручное управление, что позволяет выполнять нестандартные виды резьбы;
Схема и описание токарно-винторезного станка - Фартук отвечает за преобразование вращения винта в поступательное движение суппорта. В зависимости от типа конструкции, винторезные аппараты меняют перемещение ходового винта посредством гаек или зубчато-реечных передач. Суппорт – это режущая часть станка. Этот элемент состоит из каретки продольного перемещения, поперечных салазок и держателей;
- Резцовая каретка применяется для отделки конических поверхностей;
- Задняя бабка отвечает за удержание конца обрабатываемой детали. Задняя бабка состоит из неподвижных и вращающихся элементов, а также осевых элементов, с помощью которых производится обработка центральных частей заготовки. Винторезные станки так устроены, что задняя бабка перемещается только в ручном режиме;
- Коробка передач отвечает за изменение скорости перемещения суппорта;
- Поперечные салазки перемещаются вручную. Современные винторезные станки оснащены совершенными поперечными салазками, с помощью которых они могут поворачиваться на 40 градусов, что позволяет обрабатывать конические поверхности с высокой точностью.
Устройство торцовочного станка
Торцовочный аппарат – простой инструмент с большим потенциалом, без которого в определенных ситуациях не обойтись. Универсальный распилочный инструмент позволяет очень быстро и эффективно производить ровные и точные срезы. У современных моделей даже есть функция среза под углом.
Торцовочный аппарат состоит из монолитного основания, фрезеровальной плоскости, на которой устанавливается поворотная рама, режущего элемента (круга) и поворотного механизма, обеспечивающего подвижность станка в вертикальной плоскости. Пильный диск, двигатель и редуктор крепятся к верхней части устройства.
Мы описали «классическую» сборку торцовочного станка. Современные модели могут иметь некоторые нюансы, например, оснащаться защитным кожухом. Кожаная накладка на торцовочном станке предотвращает попадание металлической стружки внутрь устройства, а также на пильный диск.
Функциональный ряд
Перейдем к рассмотрению функций и видов. Торцовочный аппарат может быть профессиональным или любительским. Заметим, что набор функций профессиональных и любительских моделей отличается незначительно. Разница между моделями состоит в качестве материалов, из которых изготовлено устройство и уровень прочности отдельных элементов. В нашем случае это двигатель, пильный диск и редуктор.
Центральной проблемой торцовочных станков является двигатель. Производители часто экономят на качественных материалах и устанавливают мощные двигатели без дополнительной системы охлаждения. Интенсивная эксплуатация станка проводит к быстрой поломке двигателя. Описанная проблема встречается преимущественно в любительских моделях.
Профессиональный инструмент отличается не только качеством обработки металлического изделия, но и длительным сроком службы, поэтому его используют преимущественно в промышленности. Дорогой торцовочный аппарат способен работать больше 8 часов в день без перерывов.
Поговорим о двигателях
На торцевых устройствах устанавливаются коллекторные и асинхронные двигатели. Чем они отличаются? Коллекторный двигатель имеет высокий показатель крутящего момента, но уступает асинхронному двигателю в простоте обслуживания (замена щеток). Второй двигатель отличается долгим сроком службы и меньшим уровнем шума.
Двигатель приводит в движение режущий элемент. Крутящий момент диска обеспечивается двумя типами передачи – за счет ремней или зубьев. Каждый тип передачи имеет ряд достоинств и недостатков: например, зубчатая передача исключает возможность проскальзывания (холостого хода) во время запредельных нагрузок. Ремневой тип передачи крутящего момента меньше нагружает мотор и способствует его долголетию. Однако ремни часто рвутся в неподходящий момент, останавливая работу.
Торцовочный аппарат имеет большую ширину реза, который дополнительно ограничивается при работе под углом. Угол реза увеличивается за счет установки штанги вдоль линии реза.
Видео: Устройство токарного станка
Если в хозяйственных работах часто возникает необходимость точения деталей, обрезки или заточки инструментов, можно приобрести соответствующую установку. Но для небольших объемов работ в домашних условиях можно сделать самодельный токарный станок по металлу.
Назначение и преимущества домашней установки
Станок изготавливается под свои собственные хозяйственные цели. От этого зависит и сложность конструкции, и мощность двигателя. В целом он может выполнять те же работы, что и профессиональные установки:
- точение разных поверхностей (в виде цилиндров, конусов);
- изготовление резьбы;
- подрезочные работы;
- металлообработка торцов.
Благодаря такому широкому функционалу с помощью этого устройства можно затачивать ножи, ремонтировать некоторые детали автомобиля, резать металлические конструкции и т.п.
При этом изготовить токарный станок своими руками – это более выгодный вариант, поскольку:
- такое изделие обойдется дешевле;
- оно не столь громоздкое, как многие промышленные установки;
- его можно спроектировать и выполнить под конкретные задачи, которые необходимы владельцу;
- его легко разместить в гараже, сарае и закрепить на любую жесткую поверхность.
Особенности самодельного токарного станка
Самодельный токарный станок по металлу как устройство, собранное своими руками, имеет ряд эксплуатационных особенностей, которые важно учесть во время проведения работ на нем:
- Поскольку работы с заготовками всегда сопровождаются большими вибрационными колебаниями, важно обеспечить одинаковое расположение ведущей и ведомой установки – они должны находиться вдоль одной оси.
- Применение коллекторных электродвигателей – это нежелательный вариант, поскольку часто в этих механизмах могут произвольно увеличиваться частота оборотов в минуту; это опасно тем, что заготовка может вылететь.
- Если невозможно поставить другой электродвигатель, то в случае монтажа коллекторного нужно обязательно снабдить его понижающим редуктором – это скомпенсирует неравномерность хода механизма.
- Оптимально подходящий электродвигатель – асинхронный, у которого частота оборотов значительно не отклоняется.
- Ведомый центр может состоять из статичной или двигающейся конструкции; в любом случае он делается из обычного болта, который подвергается обработке, чтобы ствол приобрел форму конуса – именно с его помощью он сможет вращаться.
Подготовительный этап: проектирование и чертежи
На подготовительном этапе важно разобраться с тем, из каких составных частей будет состоять будущий токарный станок по металлу. На основе этого подбираются подходящие агрегаты и детали из подручных материалов. Важно учесть, на какие именно задачи будет ориентирован механизм, для чего будет использоваться.
Принципиально установка должна состоять из следующих элементов:
- Электродвигатель с передачей на ведущей механизм. Часто выбирают рабочие установки от старых стиральных машин. Обычно мощность подбирается в пределах 1000-1500 Вт. Для проведения бытовых работ этого достаточно.
- Соединительные части (металлические уголки, болты).
- Корпус и металлическая основа (труба, швеллер).
- Ходовые части – ручка для продольного перемещения, подшипники.
- Опорная часть (рамная конструкция).
- Упорный механизм с резцами.
- Задняя и передняя бабка – в идеале можно взять от другого станка.
Схема готового устройства представлена на фото.
Когда все детали будут в наличии, можно составить принципиальный чертеж изделия. За основу можно взять следующие рисунки.
Токарный станок в собранном виде, его основные элементы можно увидеть здесь.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ. Изготавливать токарный станок по металлу своими руками лучше всего из металлических изделий (трубы, уголки и др.). Любая деревянная конструкция недолговечная, и работать с деталью будет намного труднее.
Изготовление станины: пошаговая инструкция и видео
Дальнейшие действия состоят в изготовлении опорной установки (станины), монтаже рабочего оборудования, соединения его с электродвигателем и непосредственный запуск в эксплуатацию. Последовательность действий такая:
После этого станина полностью собирается. Важно учесть, чтобы все элементы были соединены наглухо – малейшая слабина недопустима, поскольку в ходе работы вибрационные раскачивания усилят непрочность механизма и могут привести к его повреждениям.
Наглядная инструкция по монтажу станины – на этом видео.
Сборка механизма своими руками: пошаговая инструкция и видео
Дальнейшие работы направлены на монтаж самого механизма и его фиксирование на рабоче поверхности. Алгоритм следующий:
Видео: Мини токарный станок своими руками. Передняя бабка
Важно сделать сначала первый запуск на холостом ходу, а затем проверить работу всего устройства на черновой металлической детали.
Токарный станок из дрели: алгоритм сборки
Для применения устройства в городской квартире вполне реально за несколько часов создать самодельный токарный станок по металлу из обычной дрели. Она послужит и в качестве движка, и вращающего механизма. Конструкция не такая мощная, но для выполнения мелких задач вполне годится.
Крепление дрели желательно сделать к металлической конструкции – оптимально подойдет старая стойка.
Алгоритм изготовления следующий:
Видео: токарный станок из дрели своими силами
Справляется установка и с деревянными изделиями – с его помощью можно нанести несложную рельефную резьбу на деревянную заготовку, как показано на видео.
ПОЛЕЗНЫЙ СОВЕТ. Работа на токарном станке из дрели не ограничивается только резкой деталей и заточкой. На него можно установить копир, с помощью которого в домашних условиях получаются идеально похожие детали за считанные минуты.
Мини-станок: видео по изготовлению
Нередко для хозяйственных целей требуется небольшой самодельный токарный станок по металлу – вот видео с наглядной пошаговой инструкцией по его изготовлению.
Техника безопасности
Соблюдение определенных правил при работе на станке обязательно, тем более если речь идет об изделии, изготовленном своими руками.
Подготовительный этап
Непосредственно после сборки следует запустить станок на несколько минут на холостом ходу и прислушаться к звукам работы двигателя: они должны быть равномерными, без посторонних шумов. Подготовка к работе состоит из следующих шагов:
- Одевается соответствующая одежда, на которой застегиваются все пуговицы и убираются выступающие части.
- На рабочем месте перед началом работы следует навести полный порядок, чтобы на нем лежали только нужные инструменты – тогда можно без лишней суеты и траты энергии последовательно осуществить весь план.
- Перед каждым сеансом самодельный станок нужно проверять на предмет целости всех частей и надежности их соединения.
- Также важно позаботиться о достаточном освещении рабочей поверхности и правильном расположении источника, чтобы собственная тень не мешала работать.
Правила безопасной работы
Во время работы нужно придерживаться следующих правил:
- Удаление деталей, а также чистка, смазка рабочего механизма не производится во время работы.
- Когда идет обработка детали, нужно находиться с правильной стороны и на безопасном расстоянии от самой установки.
- Не следует передавать какие-либо предметы или держать руки над рабочим механизмом.
- Если идет работа по резке детали, то отрезаемую часть нельзя поддерживать рукой – неизвестно, в какую сторону она подвинется в любой момент времени.
- Недопустимо облокачиваться даже на неподвижные части станка, опираться на рабочую поверхность.
- Вся стружка от деталей тщательно удаляется после каждого рабочего сеанса.
Наглядная иллюстрация представлена на схеме.
Наглядная технология работы на токарном станке по металлу, изготовленному своими руками, представлена на видео.
Особенности ухода за токарным станком
Уход за механизмом – неотъемлемое условие его долговечной безаварийной работы. Необходимо соблюдать несколько правил:
- Все отходы, которые попадают на рабочую поверхность устройства во время работы, нужно своевременно удалять.
- Для обеспечения равномерного распределения масла по направляющим нужно подвигать каретку 7-8 раз вперед и назад.
- Периодически нужно подвинчивать все соединения, поскольку постоянная вибрация во время работы постепенно ослабевает их.
- Важно следить, чтобы натяжение ремня было всегда равномерным – недопустимо как слишком тугое, так и слишком слабое натяжение.
- Все движущиеся части периодически смазываются обычным машинным маслом. При этом подшипники смазываются особенно тщательно – они испытывают особенное трение во время работы.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ. Смазка не должна попадать на приводные ремни, поскольку в этом случае трение сильно снижается, ремень скользит по поверхности шкива, в результате чего натяжение ослабевает.
Профессиональные токарные станки по металлу
Если требуется профессиональный инструмент для больших объемов сложных работ, следует разобраться с тем, какие существуют виды токарных станков по металлу.
Схема станка
Принципиальная схема устройства представлена на рисунке.
Разновидности станков
В зависимости от своего назначения и особенностей устройства выделяются несколько видов токарных станков по металлу:
- Универсальные предназначены для выполнения основных работ по металлу:
- сверление;
- фрезерование;
- обточка.
Это наиболее востребованный тип устройств – с их помощью можно обрабатывать детали снаружи и внутри, работать с плоскими, коническими и цилиндрическими поверхностями. Можно проводить сложные работы по нарезанию точной резьбы, обработке торцов деталей и сверлению отверстий практически любых диаметров.
В зависимости от расположения станины бывают такие виды станков:
Виды работ на токарном станке
В зависимости от особенностей подачи заготовки, а также от конкретного вида металлообработки выделяют следующие виды работы на токарном станке:
- Точение с ручной или автоматической подачей.
- Точение конусов.
- Нарезание резьбы.
- Сверление отверстий.
Точение с ручной или автоподачей
В этом случае важно установить вершину режущей части так, чтобы она была немного ниже оси с заготовкой. Если это сделать невозможно, тогда лучше установить другой инструмент или подшлифовать деталь.
Часто при осуществлении подобных работ задняя бабка не нужна – тогда ее можно просто убрать
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ. Если не удается обеспечить надежную фиксацию заготовки в патроне, можно использовать люнет.
Многие модели обеспечивают возможность автоподачи заготовки. В этом случае режущая часть должна быть расположена справа от заготовки.
Во время работы лучше всегда держать левую руку свободной, чтобы сразу нажать на аварийное выключение, если заготовка собьется с нужного направления.
Точение конусов
Последовательность действий следующая:
- Деталь закрепляется шпинделем и задней бабкой.
- Если есть возможность. то на станке настраивается скорость работы механизма. Она выбирается в зависимости от мягкости материала, которую заранее можно определить по справочнику. Если такой возможности нет, можно установить экспериментальным путем.
- Далее производится черновая обработка, после чего – чистовая.
- Если необходимо сделать так называемый конус морзе, необходимо сместить центры, чтобы конус располагался под нужным углом, как показано на рисунке.
Особенности технологии точения конуса на универсальном станке показаны на видео.
Нарезание резьбы
На токарных станках можно исполнить внутреннюю или наружную резьбу на заготовке. Резьба наносится как на цилиндрические, так и на конические изделия. Разновидностей профилей существует три:
- под прямым углом;
- под острым углом;
- трапециедальный.
Технологически процесс исполняется с помощью острой вершины резца. Резец крепится в суппорте и перемещается вместе с ним, оставляя следы на металлическом изделии с определенным интервалом.
Резцы могут быть как цельными, так и сборными с креплениями. Также изготавливаются резцы с напаянными пластинами – они особенно долговечны, поскольку пластины исполняются из прочных сплавов (латунь).
Сверление отверстий
Для правильного проведения сверления важно особенно хорошо подготовить торец заготовки. Он подрезается для того, чтобы поверхность была максимально ровной. Также в торце нужно сделать незначительное углубление, чтобы работу можно было выполнить точно в намеченном месте. Углубление можно сделать с помощью сверла или резца.
Размер отверстий регулируется с помощью установки соответствующего сверла. Если отверстие изготовлено меньшего размера, можно осуществить рассверливание – то есть получение большего отверстия за счет более широкого сверла.
Сверление на токарном станке
Изготовить токарный станок по металлу своими руками несложно. Главное – выбрать правильный электродвигатель с подходящими для работы параметрами и обеспечить жесткость всех соединений конструкции.
Если посмотреть на чертеж любого агрегата, предназначенного для токарной обработки металлов, можно понять, что конструкция и устройство токарного станка являются почти полностью идентичными для разных моделей установок.
1 Станина и передняя бабка токарного агрегата
Можно выделить следующие основные узлы любого станка для выполнения токарных работ по металлу – станина, две бабки (передняя и задняя), фартук, суппорт, коробки подач и скоростей, шпиндель, электродвигатель. Все механизмы и части токарного агрегата устанавливаются тем или иным образом на станине. Именно этот узел представляет собой базовый центр станка.
Станина – это продольные стенки в количестве двух штук, которые между собой соединяются поперечными ребрами, увеличивающими общую жесткость установки. Интересующий нас узел, кроме того, располагает несколькими направляющими, часть из коих имеет призматический вид. Задняя бабка в токарных агрегатах всегда располагается на внутренних направляющих. По ним она передвигается на требуемое при работе расстояние.
На левом конце станины устанавливается передняя бабка, которая поддерживает заготовку при обработке и придает ей вращение.
На внешней стороне передняя бабка располагает рукоятками еще одной важной части станка – коробки скоростей. Эти рукоятки позволяют выбирать во время работы нужное число оборотов шпиндельного узла. На табличке, которую прикрепляют к бабке (имеется в виду передняя бабка), есть схематический чертеж с указанием того, каким именно образом нужно поворачивать рукоятку, чтобы выставить требуемые обороты. Шпиндель вращается в подшипниках качения либо скольжения в корпусе бабки. На окончание шпинделя с резьбой надевается патрон поводкового или кулачкового типа.
Данный узел необходим для передачи вращения детали, устанавливаемой на токарный агрегат для обработки. Крайние направляющие станины (они являются призматическими) строго выверяют на их взаимную параллельность и прямолинейность. По направляющим движется каретка – нижняя часть суппорта. Если направляющие станка не соответствуют требованиям, указанным выше, детали будут обрабатываться некачественно.
2 Задняя бабка токарной установки по металлу
Этот узел дает возможность надежно фиксировать протяженные детали в тех случаях, когда их помещают в обрабатывающий центр. Кроме того, задняя бабка служит для крепления разных рабочих приспособлений (например, метчиков, разверток, всевозможных видов сверл и т.д.). Если схема передней бабки всегда одинакова, то задняя бабка может быть нескольких разновидностей. Она может иметь: обычный центр; встроенный вращающийся центр.
Центр, указанный вторым, ставится на те станки, на которых планируется скоростная обработка детали (применяется специальная кинематическая схема). Задняя бабка в этом случае будет иметь следующую конструкцию: выточенное отверстие в пиноли с коническими роликами и подшипниками в нем. Подшипник шарикового типа нужен для установки втулки с отверстием в форме конуса. В это отверстие помещается центр.
Упорный шарикоподшипник берет на себя осевое усилие. Втулка не сможет вращаться в тех случаях, когда пиноль соединяется с втулкой специально смонтированным стопорящим приспособлением. Если реализовывается такая кинематическая схема (ее чертеж набросать совсем несложно), задняя бабка может служить в качестве держателя развертки, сверла, любого зенкера и прочего центрового инструмента.
Когда бабка имеет обычный центр, ее корпус находится на плите, установленной на направляющих. В корпусе вырезается отверстие, по которому передвигается (в продольном направлении) гайка с пинолью. Центр либо хвостовик какого-либо рабочего инструмента вставляют в коническое отверстие на переднем торце пиноли, которую перемещают маховичком. Кроме того, есть возможность смещать пиноль поперечно к плите при помощи винтов. При обработке детали с пологим конусом такая возможность незаменима.
3 Описание шпинделя токарного станка
Шпиндель – это пустотелый стальной вал с отверстием конической формы. Данный узел агрегата по металлу считается самым главным (многие другие основные узлы станка созданы для обеспечения работы шпинделя). В нем имеется отверстие (коническое), предназначенное для монтажа разнообразных инструментов, оправок и переднего центра (чертеж токарного оборудования указывает, какие именно приспособления можно крепить в указанном отверстии).
На шпинделе предусмотрена резьба. На нее можно закрепить планшайбу на токарный станок по металлу либо патрон, который центрируется посредством буртика на шейке. На некоторых агрегатах на шпинделе есть еще и специальная канавка. При быстрой остановке шпинделя она исключает опасность не контролированного свертывания патрона. Чтобы узнать, есть такая канавка на той или иной токарной установке, следует тщательно изучить чертеж станка, где указываются все его основные и дополнительные части.
Исправность шпинделя и его правильное вращение являются ключевыми условиями для токарной обработки любой детали. Важно добиться того, чтобы этот узел не имел в радиальном и осевом направлении в подшипниках ни малейшего люфта, а также слабины. В тех случаях, когда возникают указанные негативные явления, резцедержатель и инструмент в нем начинают дрожать, что приводит к ухудшению качества обработки.
На большинстве известных агрегатов отечественного производства (например, на или на ) вращение шпинделя происходит в подшипниках скольжения. Хотя есть и оборудование с роликовыми и шариковыми подшипниками качения, которые считаются более жесткими и используются по этой причине на станках с большими скоростями обработки заготовок.
4 Суппорт токарного станка по металлу
Резцедержатель с установленным в него инструментом для обработки деталей перемещается благодаря суппорту в наклонном, поперечном и продольном по отношению к оси агрегата направлении. Движение рабочему инструменту сообщается на токарных станках как вручную, так и механически. Если посмотреть на чертеж суппорта стандартной токарной установки, можно понять, каким образом резцедержатель с резцом передвигается:
- в продольном направлении – по продольным салазкам (эти части станка также называют кареткой);
- в поперечном направлении – по поперечным салазкам (на них монтируется поворотная составляющая суппорта, которую несложно установить под требуемым по условиям обработки углом при помощи гаек).
Резцедержатели (резцовые головки) ставятся сверху суппорта. Конструктивно они могут быть одно- и многоместными. Обычный резцедержатель представляет собой корпус цилиндрической формы с прорезью. Рабочий инструмент (токарный резец) устанавливают в прорезь, а затем посредством болта закрепляют его. Снизу резцовая головка имеет форму буквы "Т", благодаря чему она без труда входит в паз суппорта (верхней его части). Существуют и другие варианты крепления резцедержателя.
5 Электрическая схема и электродвигатель токарного агрегата
Понятно, что никакая кинематическая схема функционирования станка для токарной обработки металлических изделий не может быть реализована, если на агрегате отсутствует электродвигатель. Двигатель может быть: асинхронным; постоянного тока. Электродвигатель асинхронного типа располагает литой чугунной либо алюминиевой станиной, ротором и статором. В зависимости от установленной на станок модели двигатель способен выдавать несколько скоростей вращения (либо одну).
Обычно электрическая схема токарного станочного оборудования работает за счет двигателя с короткозамкнутым ротором. Коробка передач (как следствие и коробка скоростей, и иные основные электрокомпоненты станка) в данном случае соединяется с "движком" либо посредством ременной передачи, либо напрямую с ротором.
На токарный агрегат может монтироваться и двигатель, позволяющий выполнять изменение скоростей вращения по бесступенчатому принципу. Он представляет собой устройство с независимым возбуждением, обеспечивающее регулировку частоты вращения в интервале 10 к 1. Такое оборудование применяется намного реже, так как короткозамкнутый двигатель характеризуется малыми размерами и высоким уровнем экономичности его применения.
Двигатель постоянного тока чаще используется для упомянутого выше бесступенчатого регулирования скоростей шпиндельного узла. Станину такого мотора делают из стали низкоуглеродистых марок (выбор материала неслучаен, он связан с тем, что станина является магнитопроводом), а сердечники его статора – из электротехнической стали. Добавим, что двигатель любого вида функционирует в комплексе с другим электрооборудованием, которое монтируется на токарный станок и обеспечивает его бесперебойную эксплуатацию по определенной электрической схеме.
Токарно-винторезные станки — многофункциональное металлообрабатывающее оборудование, способное выполнять целый спектр технологических операций, среди которых обточка, расточка, обработка торцов, зенкерование, развертывание и подрезка.
В данной статье рассмотрено устройство, функциональное назначение, принцип работы и возможности станков токарной группы. Мы изучим рынок на предмет наиболее распространенных моделей и ознакомимся с их техническими характеристиками.
1 Назначение, особенности конструкции
Универсальный токарно-винторезный станок предназначен для обработки деталей из черных и цветных металлов. Помимо вышеуказанных операций на таких агрегатах можно выполнять нарезание резьбы (модульной, питчевой, метрической и дюймовой), а также точение конусообразных конструкций. Комплектация станков вспомогательными устройствами позволяет значительно расширить их функциональность, добавив возможность выполнения шлифовки, радиального сверления, фрезерования.
Данное оборудование имеет сравнительно большие размеры и вес, поэтому в частных мастерских оно встречается достаточно редко (за исключением станций СТО, где станки используются для обточки автомобильных деталей). Основными сферами эксплуатации таких механизмов является мелкосерийное и единичное производство, однако токарно-винторезный станок с ЧПУ нередко используется в условиях массового производства.
Универсальный токарно-винторезный станок состоит из следующих основных узлов:
- станина;
- передняя и задняя бабка;
- шпиндель;
- суппорт;
- коробка подач.
Рассмотрим устройство токарно-винторезного станка более детально.
1.1 Станина
Станина является одним из базовых узлов, по которому перемещаются суппорт и задняя бабка, также станина выступает в качестве несущей опоры под обе бабки (заднюю и переднюю). Сама станина состоит из двух стальных балок, соединенных поперечными ребрами жесткости. На каждой из балок имеется по две направляющие, на правой обе направляющие призматические, на левой — внутренняя направляющая плоская.
Передняя бабка фиксируется на левом конце станины, на правом — задняя, положение которой можно регулировать перемещая ее вдоль станины. По наружным направляющим конструкции перемещается каретка. Параллельность направляющих непосредственно влияет на точность обработки деталей.
1.2 Передняя и задняя бабка
Назначение передней бабки — фиксация обрабатываемой заготовки и передача на нее вращения от электродвигателя. Вращение заготовке сообщает шпиндель, расположенный внутри корпуса бабки. Снаружи ее корпуса смонтированы рукоятки для управления коробкой скоростей, позволяющие регулировать частоту оборотов шпинделя.
Задняя бабка поддерживает правую сторону детали. При использовании вспомогательного инструмента, в нее устанавливаются сверла, метчики, развертки и т.д. В зависимости от конструктивных особенностей бабки классифицируются на два вида — с обычным и вращающимся центром. Последним вариантом комплектуются современные станки для скоростного нарезания, тогда как агрегаты для тяжелых работ оснащаются стандартными бабками.
Корпус бабок обеих типов располагается на опорной плите, смонтированной на станине. В переднем конце бабки находится пиноль с посадочным гнездом для установки центра либо рабочего инструмента. Корпус бабки можно регулировать в поперечной плоскости, что позволяет обрабатывать пологие конуса.
1.3 Шпиндель
Наиболее важным рабочим узлом любого токарно-винторезного оборудование является шпиндель. Это полый стальной вал, на торце которого расположено коническое отверстие, которое монтируется передний центр станка. Полость шпинделя необходима для возможности установки прутка, посредством которого из посадочного гнезда выбивается центр.
Шпиндель в стандартных станках смонтирован на подшипники скольжения, однако в высокоскоростном оборудовании применяются более жесткие подшипники качения. Крайне важным условием правильной работы станка является отсутствие люфта при вращении шпинделя, поскольку при его наличии колебания будут передаваться на деталь, что снизить точность ее обработки. Именно от качества и надежности используемых подшипников зависит эксплуатационная выносливость данного узла.
1.4 Коробка подач
Коробка подач, сообщающая вращение от шпинделя к суппорту, имеет следующие основные узлы:
- гитара;
- ходовой винт;
- ходовой вал;
- трензель;
- гитара.
Назначение трензеля — регулировка направления подачи, гитары — получение требуемой частоты хода. В фартуке располагаются механизмы, которые преобразуют вращение ходового вала в поступательное перемещение рабочего инструмента. Некоторые токарно-винторезные станки вместо полноценной коробки подач могут иметь упрощенный реверсный механизм, позволяющий изменять только направление движения ходового вала.
1.5 Суппорт
Назначение суппорта — изменение положения резцедержателя, фиксирующего рабочий инструмент, в поперечной, продольной и наклонной плоскостях. Суппорт является одним из наиболее габаритных узлов станка, он состоит из нижней плиты, на которой установлены продольные салазки (каретка). Сверху салазок смонтированы поперечные направляющие, на них располагается поворотная часть суппорта.
Универсальный токарно-винторезный станок в процессе эксплуатации теряет точность регулировки суппорта, причиной этого является появления зазора на боковых поверхностях направляющих суппорта. Уменьшить данный зазор позволяет нехитрый ремонт — необходимо лишь подтянуть специальную клиновую планку.
Тип устанавливаемого на суппорт резцедержателя непосредственно зависит от класса токарного станка. В легком оборудовании используются одноместные конструкции в виде цилиндрического корпуса с внутренней полостью, стягивающейся с помощью винта. На крупногабаритном оборудовании промышленного класса используются резцедержатели четырехгранного типа с поворотными головками, обеспечивающие максимальную прочность фиксации резца.
1.6 Обзор конструкции токарно-винторезных станков (видео)
2 Распространенные модели Станков
Любой универсальный токарно-винторезный станок по металлу имеет два ключевых параметра, определяющих его функциональные возможности. Это высота центров (расстояние от оси вращения шпинделя до верхнего контура станины), от которого зависит максимальный диаметр обрабатываемых деталей, и расстояние между центрами, влияющее на наибольшую длину обработки.
Наиболее распространенным оборудованием отечественного производства является токарно-винторезный станок 16К40, имеющий класс точности обработки «Н», в соответствии с положениями ГОСТ №8-82Е. Данный агрегат выполняет такие операции как растачивание, точение, сверление и нарезание резьбы.
16К40 относится к оборудованию среднетяжелого типа, его вес составляет 7.1 тонну, а размеры — 578*185*162 см. Рассмотрим технические характеристики данной модели:
- наибольший диаметр обработки — 800 мм;
- длина деталей — 3000 мм;
- вес деталей — до 4 тонн;
- частота вращения шпинделя — 6-1250 об/мин;
- мощность основного электродвигателя — 18500 Вт.
Создание множества разнообразных моделей станков, которые конструктивно отличаются друг от друга, дало возможность осуществить автоматизацию обрабатывания металлических изделий. Токарный станок по металлу считается наиболее популярным на данный момент устройством станочного типа. Возможно приобрести настольные станки. Они не так функциональны, как стандартные, однако с успехом используются домашними умельцами и частными мастерами. Различные их модели располагают отличающимися характеристиками.
Принцип работы
Токарное обрабатывание металлических деталей считается наиболее распространенной операцией, осуществляемой на производстве. Соответственно со статистическими данными, больше 60% всех металлических изделий обрабатывается с помощью данной технологической операции. Сегодня обычные устройства используются редко, их практически повсеместно заменили на агрегаты с ЧПУ, дающие возможность выполнять высокоточную обработку.
Ключевые технические характеристики токарного станка следующие:
- наибольший допустимый радиус обтачиваемого изделия;
- наибольшая дистанция промеж центров станочного устройства;
- наибольший диаметр детали, фиксируемой над суппортным элементом для обрабатывания.
В пиноль задней бабки устанавливаются необходимые приспособления (развертки, сверлильные инструменты). Задняя бабка двигается по направляющим станины, останавливается в требуемом месте. Суппортный элемент располагается промеж задней и передней бабки. При обрабатывании каретка станет передвигаться по направляющим, перемещать резец продольно заготовке. Держатель резца выбирается при учете уровня нагрузки на режущий инструмент, материала изделия. Для несложной обработки обычно берутся одиночные держатели резца. На выпускаемых сегодня станочных агрегатах установлены резцовые головки. Это высокопрочные элементы, на которых возможно зафиксировать четыре режущих инструмента одновременно.
Устройство токарного станка по металлу таково, что он функционирует благодаря электрическому мотору, который оснащен ременным приводом из материала высокой плотности. Ремень объединяет движок и ступенчатый шкив. Натяжение ремня должно быть достаточным для производительной работы.
Типы станков
- Токарно-винторезные. Предоставляют возможность точить конусы, создавать разные типы нарезок. Считаются самыми универсальными устройствами. Почти не используются на крупносерийном производстве.
- Токарно-карусельные. Предназначаются для обрабатывания крупногабаритных изделий. Позволяют точить и растачивать цилиндры, конусы, выполнять подрезку торцов и прорезку углублений.
- Лоботокарные. Предназначаются для обрабатывания цилиндров, конусов, фасонов, чугунных/стальных дисков.
- Токарно-револьверные. Используются для обработки изделий, выполненных из калиброванного прутка. На таком оборудовании возможно точить, растачивать, сверлить, зенкеровать, развертывать детали. Кроме того, можно создавать нарезки посредством метчиков.
- Автоматы продольного точения. Применяются для производства мелкосерийных изделий из прутка, фасонного профиля. Позволяют точить медные, стальные заготовки. Конструкция токарного станка подобного типа такова, что он управляется посредством кулачковой системы и распределительных валов, установленных в станине.
- Многошпиндельные. Предназначаются для обрабатывания изделий из прутка, имеющего сечение в форме круга/шестигранника/квадрата. Дают возможность точить, подрезать, сверлить, растачивать, зенкеровать заготовки.
- Токарно-фрезерные. Особенность устройств такова, что они предоставляют возможность как точить, так и фрезеровать заготовки. Рабочее приспособление заменяется автоматически.
Конструктивные элементы
Схема токарных станков разных моделей приблизительно одинакова.
Станина
Главным узлом станочного устройства считается станина, которая состоит из пары ребер, расположенных вертикально. Промеж них поперечно располагается несколько перекладин, которые делают статор неподвижным.
Основание размещено на ножках. Число ножек зависит от величины станины. Конструктивно они устроены так, что в них возможно помещать весь нужный инструмент.
Поперечные станинные рейки, расположенные наверху, являются направляющими для перемещения по ним суппортного элемента, задней бабки. Сегодня нашли применение направляющие двух типов:
- призматические (для передвижения суппортного элемента);
- плоские (для перемещения задней бабки).
Передняя бабка
Узлы, располагающиеся в передней бабке, поддерживают и вращают обрабатываемое изделие. Тут же размещаются элементы, которые регулируют быстроту кручения заготовки. К ним причисляются:
- шпиндель;
- два подшипника;
- шкив;
- коробка скоростей.
Главным узлом передней бабки считается шпиндель. Справа от него имеется нарезка. К ней прикрепляются патроны, которые удерживают изделие. Шпиндель монтируется на пару подшипников. Точность токарной обработки зависит от его состояния.
В передней бабке есть гитара сменных шестеренок, предназначающаяся для передачи кручения и вращающего момента с выходного вала коробки скоростей на вал коробки подач. Настройка суппортной подачи выполняется посредством подбора и перестановки разных колес с зубцами.
Этот элемент входит в основные узлы токарного станка. Он заключает в себе основание и держатель шпинделя.
Подвижный держатель перемещается по основанию под углом в 90 градусов к станочной оси, проходящей горизонтально. Благодаря этому возможно точить конусы. Через стенку бабки проходит вал, поворачиваемый рычагом, расположенным сзади станочного агрегата. Фиксация бабки на станине выполняется обыкновенными болтами.
Верх суппорта служит для фиксации режущих приспособлений, используемых при обрабатывании изделий. Так как суппортный элемент подвижен, резец передвигается туда, куда нужно рабочему.
При обрабатывании изделий большой длины суппортный ход по горизонтали станочного агрегата должен совпадать с длиной изделия. Продольно суппорт перемещается по салазкам, а поперечно – по вертикальным направляющим.
Эти направляющие необходимы для поворота суппорта. Они позволяют задавать угол размещения изделия относительно станочного фартука.
От данного агрегата зависит, в какую сторону будет двигаться суппорт. Трензель, задающий направление, располагается в передней бабке. Управляется он при помощи внешних рукоятей. Кроме направления, возможно менять амплитуду перемещения. Для этого используются сменные шестеренки.
Шпиндельный корпус должен не прогибаться под действием:
- массивных заготовок;
- максимально натянутого ремня;
- давления режущего инструмента.
Особенные требования выдвигаются к шейкам, устанавливаемым в подшипники. Их нужно шлифовать правильно и чисто.
Шпиндель является устойчивым благодаря подшипникам, узлу регулирования натяжения. К правому подшипнику шпиндельный узел прикрепляется при помощи втулки из бронзы. Ее наружная расточка такая же, как у гнезда передней бабки. На втулке есть сквозное отверстие и несколько надрезанных участков. Закрепляется она посредством гаек, которые накручены на ее концы с резьбой.
Соответственно с описанием токарного станка, данный узел служит для регулировки суппортной подачи, является набором сменных шестеренок. Гитара оснащена реверсом. В выпускаемых сегодня устройствах она не применяется.
Фартук приводит в движение станки, которые соединяют суппорт с зубчатой рейкой и винтом хода. Управляющие рукояти размещены на корпусе, что облегчает регулирование суппортного хода.
Электрическое оснащение
Соответственно с устройством токарного станка, он функционирует благодаря электроприводу. Моторы, которыми оборудуются подобные агрегаты, бывают асинхронными либо функционирующими от постоянного электрического тока. Движки способны выдавать как одну, так и несколько скоростей вращения.
Большая часть станочных агрегатов оснащается моторами с короткозамкнутым ротором. Для того чтобы передавать вращающий момент от мотора коробке скоростей, применяется ременная передача либо прямое соединение с валом.
Сегодня существуют устройства, у которых быстрота вращения шпинделя настраивается бесступенчато. Однако так как подобные станки чересчур массивные, они используются нечасто.
Технология работы
Назначение и устройство токарных агрегатов таково, что они дают возможность применять резцовые, сверлильные, зенкеровочные, разверточные, метчиковые, плашковые, фасонные приспособления. Резцы используются чаще прочих инструментов, применяются для обрабатывания плоскостей, цилиндров, фасонов; создания нарезки.
Для фиксации деталей применяются патроны. Устройство токарного патрона хорошо знакомо любому опытному рабочему. Обыкновенно используется самоцентрирующийся патрон с тремя кулачками, передвигающимися посредством диска. Последний располагает пазами, в которых есть кулачковые выступы и коническое колесо с зубцами. В зависимости от направления вращения диска, кулачки сближаются с центром либо отдаляются от него.
Говоря про устройство токарных станков, нельзя не упомянуть про специальные хомутики, передающие кручение от шпинделя к обрабатываемой детали, монтированной в центрах станочного агрегата. Хомутик устанавливают на обрабатываемое изделие и фиксируют винтом. Хвостовик упирается в палец патрона поводка.
Патроны-цанги используют обычно для фиксации холоднотянутого прутка. Патроны-мембраны используются для обработки деталей с высокоточным центрированием. Метод фиксации изделий подбирается при учете их величины, жесткости, точности обрабатывания.