Что такое токарный станок, его виды и основные функции, характеристики

Токарный станок — это режущее устройство, используемая для обработки различных деталей методом точения, в основном цилиндрической, сферической или конической формы. Основной операцией, выполняемой на токарных станках, является токарная обработка, при которой режущий инструмент (резец) перемещается вдоль вращающейся заготовки, удаляя слой материала и придавая детали нужную форму.

Токарные станки широко используются в металлообработке, но также применяются для обработки дерева, пластика и других материалов.Современные токарные станки могут выполнять различные операции, такие как наружная и внутренняя обработка деталей, нарезание резьбы, создание конических поверхностей и другие. Токарные станки являются важным оборудованием в производстве и механической обработке материалов, и они применяются в различных отраслях, включая машиностроение, авиацию, автомобилестроение и многие другие.

История создания токарного станка

Станок токарный — это древний инструмент. Самые ранние свидетельства о токарных станках датируются примерно 1300 годом до нашей эры в Древнем Египте. Существует также небольшое количество свидетельств его существования в микенской цивилизации 18 или 14 века до нашей эры.

Явные свидетельства токарного производства были найдены в 6 веке до нашей эры, фрагменты деревянных чаш из этрусских гробниц в северной Италии и две плоские деревянные тарелки с декоративными ободками, изготовленные на токарных станках в современной Турции.

В период Воюющих государств в Китае около 400 года до н.э. древние китайцы использовали токарные станки в промышленных масштабах для заточки инструментов и оружия. Он был очень важен для промышленной революции. Его называют «матерью машин», потому что это был первый станок, который привел к изобретению других машин.

Изображение станка, в средневековой германской книге, 1480 год.

ГОСТ

Параметры и стандарты точности для токарных станков официально устанавливаются в соответствии с ГОСТ 18097-93. Кроме того, существуют и другие нормативы и стандарты, специфически применяемые к различным типам токарного оборудования. Эти стандарты играют ключевую роль в обеспечении высокой точности и качества обработки материалов на токарных станках, а также служат важным руководством для производителей и пользователей этого оборудования. Соблюдение стандартов способствует обеспечению безопасности и эффективности процесса токарной обработки, что является неотъемлемой частью многих отраслей промышленности.

Классификация, виды токарных станков

На современном этапе существует несколько видов токарных станков, а точнее 9 групп токарного станочного оборудования по различным фунциям, параметрам. Давайте рассмотрим их подробнее:

Автоматические и полуавтоматические

Полуавтоматическим называется такой тип оборудования, в котором некоторые процессы не автоматизированы. Для токарных станков это, как правило, манипуляции, связанные с загрузкой и снятием заготовок.

Полуавтоматы весьма распространены в силу своего более простого устройства, а также низкой стоимости. А на предприятиях полуавтоматические токарные станки используются для обработки нестандартных, крупногабаритных заготовок, что и не позволяет полностью автоматизировать процесс.

Полуавтоматические токарные станки подразделяются:

• по назначению – на специализированные и на универсальные;
• по типу обрабатываемой заготовки – на патронного типа и на прутковые;
• по количеству шпинделей – на одно- и многошпиндельные;
• по позиционированию шпинделя – на вертикальные и на горизонтальные.

Автоматическими называют токарные станки, в которых все основные и вспомогательные действия автоматизированы полностью (включая подачу и снятие заготовок, а также смену обрабатывающего инструмента). Автоматические токарные станки условно разделяются на 3 группы:

1. Автоматы с одним распределительным валом, который вращается с одной, заданной для данного режима обработки детали частотой.
2. Автоматы, распределительный вал которых имеет, как минимум, 2 частоты вращения.
3. В автоматах данного типа, кроме основного вала присутствует еще и вспомогательный, вращающийся с существенно более высокой частотой.

Читайте также: что такое центр для_токарного_станка

Многошпиндельные

Многошпиндельными называются токарные станки с несколькими шпинделями для крепления как обрабатываемой заготовки, так и обрабатывающего инструмента. Обработка детали на таком станке может происходить как одновременно (то есть, с участием всех шпинделей), так и последовательно (то есть, одновременно только с использованием одного шпинделя).

Многошпиндельными, как правило, бывают автоматические токарные станки. В современных токарных «мультиобрабатывающих» центрах предусмотрены не только шпинделя с разной частотой вращения, но и приспособленные для применения на них различного типа оборудования (сверл фрез, резцов). То есть, каждый шпиндель имеет свой порог усилия.

Читайте также: токарный_станок ФТ-11 технические характеристики

Револьверные

Это универсальные токарные станки в современном понимании этого слова. В резцедержателях револьверообразной головки станка зажимаются различные инструменты. Это могут быть резцы, сверла или фрезы.

В патроне зажимается заготовка и за каждый проход она обрабатывается одним инструментом. После каждого прохода головка поворачивается (наподобие барабана револьвера – отсюда и название) и заготовка обрабатывается следующим инструментом.

Как можно понять, такие машины дают большое преимущество, выражающееся в экономии времени при смене инструмента и заготовки. Однако экономически оправданным использование такого оборудования является лишь в случае необходимости разноплановой обработки деталей на потоке.

Токарные станки отрезной группы

Из названия становится ясен функциональность токарных станков. Это узкоспециализированные токарные станки, которые производятся в полуавтоматическом исполнении.

Основная задача данного оборудования – уменьшить диаметр заготовки до минимально возможной, чтобы в дальнейшем ее можно было отрезать на ином типе оборудования (скажем, на фрезерном). Либо, если позволяет формат крепления заготовки, привести полное ее торцевание с обработкой торцевой поверхности.

Читайте также: что можно делать на токарном станке

Карусельные

Токарные станки карусельного типа предназначены для обработки цилиндрических заготовок, чей диаметр существенно превышает их высоту. У карусельных токарных станков присутствуют следующие характерные особенности:

1. Это оборудование предназначено для работы с крупногабаритными деталями. Такие токарные станки бывают одно- или двухстоечными. В первом случае диаметр планшайбы не превышает 1600 мм, а во втором – 25000 мм.
2. Сам токарные станки (как правило, полуавтоматический) – вертикального типа и имеет компактные размеры.
3. С учетом вертикального расположения шпинделя на вал оказывается более равномерная нагрузка, чем в случае горизонтального его позиционирования, поэтому у карусельных станков существенно выше технический ресурс.
4. Современные карусельные токарные станки отличаются простотой эксплуатации. Зачастую их изготавливают в револьверном исполнении.

Лобовое и винторезное оборудование

Лобовые токарные станки в настоящее время не имеют широкого распространения. Главным образом, они встречаются на судостроительных предприятиях, а также в ремонтных цехах. Это узкоспециализированный вид оборудования (предназначенный для обработки коротких заготовок) чей диаметр превышает длину, однако, не настолько, чтобы присутствовала необходимость использовать карусельный тип оборудования.

Винторезный станок оборудуется ходовым винтом, а также ходовым валиком и предназначен он для нарезания резьбы на заготовке во время движения суппорта вдоль его оси. Однако эта станочная специализация не накладывает ограничений на любые другие виды токарных работ. Тем не менее, такие токарные станки эксплуатируются, преимущественно, при мелкосерийном производстве.

Многорезцовые и полировальные

Характерной особенностью многорезцовых токарных станков является их высокая производительность. На станине крепятся сразу несколько суппортов, где закрепляются резцы (иной инструмент здесь не закрепить).

Механизмы подачи на каждом суппорте, которые, как правило, еще и оборудуются вариаторами скорости их перемещения, обеспечивают обработку вращающейся, зажатой в патроне детали на каждом («ответственном») участке ее длины.

Как следствие, такие токарные станки:

• горизонтального типа;
• рассчитаны на обработку длинномерных заготовок;
• экономически целесообразны при поточной обработке стандартных деталей.

Главной характерной отличительной чертой токарно-полировальных станков является высокая скорость вращения патрона с зажатой в нем заготовкой. Кроме того, поперечный ход суппорта имеет очень маленький шаг резьбы (чтобы углубить его, хотя бы на миллиметр, потребуется провернуть ручку несколько десятков раз).

Такое оборудование нужно для поднятия класса чистоты обработки поверхности, а это требует:

• максимально возможной частоты вращения обрабатываемой заготовки;
• минимального тормозящего эффекта, для чего стружка снимается на минимальную толщину.

Специализированные

Такое токарное оборудование применяется для изготовления однотипных деталей. Например: муфт, труб; к такой разновидности относятся зубообрабатывающие и токарно-затыловочные станки. Они максимально эффективны в осуществляемой операции, но, как правило, только в одной ее разновидности.

Особенностью специализированных станков является упор на быструю смену режущего инструмента и приспособлений. Такие машины используются в крупносерийных производствах

Cпециального назначения

Такие токарные станки предназначены для изготовления деталей в несерийном (то есть, небольшом) количестве. Для таких токарных станков характерны:

• большая амплитуда поперечного движения суппорта;
• удлиненная станина (при горизонтальном расположении заготовки);
• меньшая скорость, но большая точность и чистота обработки.

К токарным станкам специального назначения относят:

• винторезные токарные станки (не путать с токарно-винторезными);
• многорезцовые токарные полуавтоматы;
• гидрокопировальные полуавтоматы.

Какие классы точности существуют и чем отличаются?

Классом точности называют обобщенную характеристику средств измерений, которая определяется пределом погрешностей (основных и дополнительных), а также рядом свойств, оказывающих влияние на точность измерений, производимых с их помощью.

Пределом погрешности является наибольшая погрешность измерительного прибора, при котором он является годным к измерению. Предел допускаемой основной погрешности выражается в форме:

• абсолютной;
• относительной;
• приведенной

Погрешности. Класс характеризует свойство точности проведения измерений с помощью данного прибора. А точность средств измерения — это качество измерительного прибора, которое свидетельствует о близости погрешности проводимых измерений к нулю.

Измерительные приборы, а также обрабатывающее оборудование имеет следующие классы точности: 0,01; 0,015; 0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0; 5,0; 6,0. Кроме того, выделяют несколько категорий классов точности:

Особой

Этот «Класс С» — высший класс точности оборудования (как измерительного, так и обрабатывающего). К данному классу относятся такие токарные станки (в нашем случае – токарные), которые должны производить обработку заготовок с получением высшего класса чистоты поверхности (0,01-0,015).

Читайте также: устройство токарного_станка по металлу

Высокой

Высоким классом точности обладают, к примеру, ювелирные, медицинские и лабораторные весы. Другое название такого оборудования – прецизионное. Оно имеет маркировку «класс В». Если речь идет о токарном оборудовании, то высокий класс чистоты (0,02-0,025) обеспечивают детали полировальные токарные станки.

Нормальной

Под нормальным классом точности (маркировка — «класс Н», но она, как правило, не ставится) подразумевается такая характеристика оборудования или детали, при которой обеспечивается идентичность результатов в не менее, чем у 98% заведомо одинаковых объектов. Абсолютный показатель нормального класса чистоты находится в диапазоне (2,0-0,6).

Особо высокой

Оборудование особо высокого класса точности имеет по данному показателю маркировку – «класс А». При проектировании оборудования высокого класса точности повышенное внимание уделяется качеству шпиндельных подшипников.

Здесь преимущественно используются подшипники качения также высоких классов точности, а подшипники скольжения изготавливаются в виде регулируемых конусных втулок. (Все нормы здесь устанавливаются ГОСТом 1969-43).

Повышенной

Данный класс точности имеет маркировку «класс П». Применение элементов более высокого класса точности (в первую очередь, подшипников) увеличивает стоимость готового изделия, обрабатываемого на таком токарном оборудовании.

Однако если требуется получить более высокий класс обработки заготовки, то элементы повышенного класса точности применяют для позиционирования станочных валов, где требуется более высокая точность и скорость вращения.

Системы обозначения и расшифровка, что это такое?

Системы обозначения токарных станков по металлу бывает 2 видов. Разберем номенклатуру каждого из них в отдельности:

Станки серийного производства.

Допустим, мы имеем обозначение «16К20Ф3С5». Вот, что означает каждый из символов:

• 1 – группа, к которой принадлежит станок (1 – токарная);
• 6 – тип станка (6 – лобовое оборудование; 5 – карусельное; 1 – автоматы и полуавтоматы);
• К – присутствие символа означает, что он выполнен по модернизированному проекту;
• 20 – основной эксплуатационный параметр (он характеризует высоту его центров);
• Ф3 – тип числового программного управления;
• С5 – разновидность вычислительного устройства (ЧПУ).

Специальные, специализированные и прецизионные токарные станки.

Допустим, мы имеем маркировку «ИР500МФ4»:

• ИР – условное обозначение завода-изготовителя;
• 500 — основной эксплуатационный параметр (характеризует высоту его центров);
• М – тип модификации;
• Ф4 – тип числового программного управления.

Какие бывают типы токарного оборудования по металлу, краткое описание?

Номенклатура токарных станков, предназначенных для обработки металлических заготовок, согласуется с представленной выше общей классификацией токарного оборудования. Тем не менее, в силу большой значимости и востребованности качественной обработки металла в экономике представляется разумным рассмотреть каждый из видов токарных станков по металлу в отдельности.

Револьверные

Резцедержатель здесь барабанного типа. В каждом гнезде может быть установлен свой тип режущего инструмента. Его смена происходит за счет простого поворота барабана и деталь обрабатывается (без торможения шпинделя) другим инструментом.

Таким образом, экономится время на смену инструмента. Однако экономическая эффективность здесь проявляется только в случае, если идет обработка однотипных заготовок на потоке.

Карусельные

Такие токарные станки используются для обработки стальных деталей, до 1,5 м в диаметре. В этом случае задействуются одностоечные станки. Данное оборудование имеет следующие узлы:

• вертикальная станина на круглом основании, на которой и происходит крепление обрабатываемой заготовки;
• вертикальная направляющая для движения суппорта (как правило, револьверного типа; чаще всего – пятигранная, то есть, рассчитанная на крепление 5 разновидностей обрабатывающего инструмента);
• круглый стол и планшайба с 4-мя независимо регулируемыми кулачками.

Суппорты могут перемещаться как вертикально (по направляющей), так и поперечно, регулируя глубину обработки заготовки. Такой он оборудуется коробкой скоростей для изменения частоты вращения заготовки.

Кроме того, скорость перемещения суппорта тоже может изменяться (регулироваться). Для повышения эргономичности управления оборудованием такой станок оснащается подвесной кнопочной станцией.

Многошпиндельные

Такие токарные станки предназначены для одновременного или последовательного выполнения технологически сложных операций при поточном типе производства (то есть, когда в больших масштабах обрабатываются однотипные заготовки). Заготовки при этом могут иметь форму:

• трубы;
• многогранных или круглых прутков;
• фасонный профиль и пр.

Такой станок имеет высокую производительность и потребляемую мощность привода, а кроме того, он отличается массивностью своей конструкции.

Винторезные

Винторезные токарные станки обладают высокой жесткостью и точностью обработки заготовки. Станина у них, как правило, монолитная, а передняя бабка массивна и обладает повышенной жесткостью (способна выдерживать большой напор).

Шпиндель такого станка монтируется на подшипниках повышенной точности (класс «П», не ниже). Каретка суппорта имеет более удлиненную форму (на направляющих), а сам суппорт лишен поворотных частей.

Токарно-винторезные станки делятся на пять классов по точности:

П — повышенной

Н — нормальной

В — высокой

А — особо высокой точности

С — особо точная обработка

Ходовой винт на металлообрабатывающем винторезном станке имеет большой диаметр, кроме того, он монтируется на роликовых подшипниках. В итоге обеспечивается:

• плавность движения каретки суппорта;
• довольно большое усилие даже на малой скорости перемещения суппорта;
• полностью исключается перекос каретки (благодаря расположению ходового винта между направляющими).

Все вместе эти меры позволяют производить нарезку резьбы по заданным параметрам с высокой точностью.

Автоматы и полуавтоматы

На сегодня все больше токарного металлообрабатывающего оборудования производится именно в автоматическом исполнении. Это диктуется необходимостью увеличения производительности.

Автоматические обрабатывающие токарные центры полностью исключают какие-либо действия (манипуляции) с участием человека (в том числе, установка заготовки в патрон и снятие ее, а также смену режущего инструмента).

Однако такие центры стоят достаточно дорого, поэтому в тех случаях, когда высокая производительность не требуется, применяются полуавтоматические станки, в которых автоматизированы все опции, кроме позиционирования и укрепления заготовки и инструмента.

Лоботокарный

Металлорежущий лоботокарный станок предназначен преимущественно для обработки торцевой стороны заготовки. Он не имеет задней бабки и рассчитан на заготовки, чей диаметр значительно превосходит их высоту. Лоботокарные станки часто оснащаются револьверными суппортами для удобства и оперативности смены инструмента.

Фрезерный

Речь идет непросто о фрезерных, а токарно-фрезерных станках. Основными характеристиками такого оборудования является возможность производить как токарные операции:

• проточку;
• сверление;
• резание,и пр.

Так и фрезерование заготовки:

• формирование профильных поверхностей;
• вырезание прямых и криволинейных канавок и пазов;
• более эффективное торцевание.

Достигается такая универсальность, благодаря наличию фрезерной части со вторым шпинделем. Токарно-фрезерные станки используются в часовом, инструментальном и других производствах, где требуется оптимизация процесса переустановки заготовки.

Продольного точения

Особенностью таких станков является то, что режущий инструмент может совершать здесь исключительно поперечное перемещение. А продольное движение относительно суппорта производит сама заготовка, закрепленная в шпинделе.

Жесткое крепление резца (то есть, именно в зоне обработки) позволяет добиться высокой точности обработки. Кроме того, преимуществами данного типа токарных станков являются:

• возможность обточки заготовок со сложной формой;
• возможность работы с заготовками малых размеров и форм;
• высокая частота вращения (до 6 тыс. оборотов в минуту);
• возможность добиться высокой точности обработки (до 0,005 мм).

Настольные

Данный тип оборудования предназначен для малых производств (для мастерских, для производства кустарных работ). Они характеризуются повышенной точностью обработки заготовок и малой производительностью.

Но в условиях мастерской высокое качество обточки бывает востребовано намного чаще (и оно насущнее), нежели реализована возможность поточного производства.

Такие токарные станки, как правило, имеют невысокую стоимости, компактные размеры, низкий уровень шума. Детали и компоненты для таких токарных станков (направляющие, подшипники и пр.) производятся с высоким уровнем точности. Еще их называют хоббийными токарными станками (для гаража).

Современные с ЧПУ

Здесь речь уже идет даже не об отдельных токарных станках, а о целых токарных обрабатывающих центрах. Оборудование с числовым программным управлением способны за одну установку заготовки производить с ней все возможные операции, обрабатывая сразу несколько поверхностей. Характерными чертами таких центров являются:

• осуществление обработки в закрытой камере, без участия и контроля человека;
• замена режущего инструмента осуществляется автоматически;
• человеческий фактор сводится к грамотной разработке виртуального чертежа – CAD-модели требуемой детали.

А дальше нужно будет лишь поместить в специальный бокс заготовку и забрать готовую деталь.

С бесступенчатым приводом

Бесступенчатый привод используется для плавного и безостановочного изменения скорости вращения шпинделя станка или механизма подачи.

В итоге с помощью плавного регулирования удается получить наиболее выгодные (с точки зрения обеспечения качества обработки) скорости обработки заготовки или же движения режущего инструмента в суппорте.

Кроме того, экономится время, затрачиваемое в классических станках на остановку шпинделя для изменения скорости вращения патрона. Преимущества такого оборудования очевидны:

• Долговечность работы привода в связи с отсутствием коробки скоростей.
• Так как отсутствуют целые усложняющие узлы, то и проводить техническое обслуживание таких токарных станков весьма просто.

Трубонарезные

Бывают трубонарезные станки с одним или с двумя патронами для позиционирования обрабатываемой заготовки (в зависимости от предполагаемых масштабов самой заготовки). Главным функционалом таких станков является:

• обработка оконечностей труб;
• нарезка резьбы;
• формирование замковой резьбы на переходниках и бурильных трубах.

Эти станки более всего востребованы в нефтедобывающей отрасли для подготовки труб и ремонта трубопроводов. Кроме того, трубонарезные токарные станки широко используются и в машиностроении.

Особенности конструкции

Вне зависимости от специализации, автоматизации и назначения токарных станков, у всех, у них присутствуют одни и те же составные узлы и элементы, что делает их конструкцию во многом универсальной, а узлы — взаимозаменяемыми:

Станина

Самая массивная часть станка. Она является базисной основой для установки на ней всех прочих узлов. В задачи станины входит:

• обеспечение жесткости всей станочной конструкции в целом;
• сосредоточение на себе и гашение всех возникающих вибраций.

Станина, как правило, отливается из чугуна и делается монолитной.

Фартук

Это каретка, перемещающаяся по направляющим (при воздействии ходового винта), на которой жестко закреплен суппорт. Помимо автоматизированного движения фартук может быть оборудован и ручным приводом.

Шпиндельная бабка

Иное ее название – передняя бабка. Это часть станка, в которой расположена коробка скоростей и где крепится главный вал со шпинделем (отсюда и название), в котором крепится заготовка.

Суппорт

Это конструкционный элемент станка, располагающийся на фартуке. На суппорте, в свою очередь, расположены резцедержатели, где и укрепляется режущий инструмент. Обычно говорят о поперечном или продольном перемещении не резца или фартука (соответственно), а именно суппорта.

Коробка скоростей

Конструкционно она размещается в передней бабке. На переднюю панель выведены ручки переключателей скоростей. Если он не оборудован бесступенчатым приводом, то для изменения передачи (то есть, частоты вращения заготовки и усилия на валу) требуется сначала выключить станок и дождаться остановки главного вала.

Электрическая часть

Данный элемент конструкции включает в себя тяговый электродвигатель, а также прочее электрооборудование, с помощью которого производится управление токарным станком.

На фото ниже электрическая схема токарного_станка 1К62

Основные технические характеристики

Все станки токарной группы различаются между собой по следующим выдаваемым техническим параметрам:

• максимальная частота вращения шпинделя (чем она выше, тем лучше качество обработки поверхности, выше класс чистоты);
• усилие на валу, на различных передачах (данный параметр зависит от мощности тягового электродвигателя, поэтому принято говорить об общей мощности станка);
• максимальный диаметр и длинна обрабатываемой заготовки (цифровым параметром в данном случае является показатель высоты центров станка – точек зажима заготовки);
• показатель того, к какому типу относится станок (винторезный, токарно-фрезерный, лобовый и т.д.);
• наличие и степень автоматизации (определяется наличием и «продвинутостью» модуля числового программного управления).

А вообще, основные технические характеристики станка можно почерпнуть из маркировки на его шильдике (см. раздел «Системы обозначения и расшифровка»).

Общие правила техники безопасности

Разделим правила безопасности на 2 больших раздела:

Как следует поступать оператору станка:

1. Одежда оператора во время работы на токарном станке должна быть застегнута на все пуговицы. Не должно быть свободно болтающихся шнурков. (Наверное, все помнят юмористический предупреждающий плакат: «Чтоб на вал не накрутило, закатай рукав,…»).
2. Перед включением станка следует провести его техническое обследование.
3. Выполнение всех действий на токарном станке должно происходить лишь в соответствии с подробным технологическим процессом обработки заготовки.

Категорически запрещается:

• • • начинать работу во время обследования и наладки станка;
    • эксплуатировать станок со значительно изношенными центрами;
    • в случае отсутствия должной квалификации пытаться исправить проблемы в электрической аппаратуре станка;
    • отходить от работающего станка или же поручать работу на нем третьим (неподготовленным) лицам.