Конструкция и принцип работы токарного станка по металлу, основные узлы, схемы

Токарный станок по металлу – это мощное инструментальное устройство, разработанное для обработки металлических заготовок путем точения. Они широко используются в металлообработке и машиностроении для создания различных деталей, от винтов и болтов до валов и деталей двигателей.

Токарные станки по металлу могут быть как механическими, так и компьютеризированными с числовым программным управлением (ЧПУ). ЧПУ-управление позволяет автоматизировать процесс обработки, программировать сложные операции и достигать высокой точности в изготовлении металлических деталей. Благодаря этим компонентам и системам, токарные станки по металлу являются неотъемлемой частью современного металлообрабатывающего производства.

Далее подробно рассмотрим принцип действия токарного станка по металлу, какие они бывают их виды и для чего они, вообще надо, что на них такого полезного можно делать. Не забудем и про описание основных узлов токарного станка, из чего он состоит, его строение, приведем, как образец, схемы электрические и кинетические.

Устройство и виды

Рассматривая схемы и устройство токарных станков по металлу различных видов, можно увидеть, что все они схожи между собой и имеют похожее устройство. На них можно обрабатывать различные детали из металла в одиночном и серийном производстве.

Существует несколько различных видов токарных станков по металлу, каждый из которых предназначен для выполнения определенных видов операций и работает с различными типами заготовок. Вот некоторые из основных видов токарных станков по металлу:

• Токарно-винторезные станки — это многоцелевые машины, которые объединяют в себе возможности токарного станка и станка для нарезания резьбы. Они используются для создания винтовых деталей, резьбы и других сложных профилей на металлических заготовках. Токарно-винторезные станки могут быть как универсальными, так и специализированными, они обычно оборудованы узлами и инструментами для нарезания резьбы разных размеров и шагов.
• Токарно-карусельные станки предназначены для обработки крупных и тяжелых деталей, таких как диски, колеса и кольца. Они имеют вертикальную ось вращения заготовки, и инструменты перемещаются радиально для создания различных профилей. Такие станки могут быть мануальными или оборудованы ЧПУ. Токарно-карусельные станки широко используются в судостроении, авиационной промышленности и производстве крупных металлических деталей, где требуется точность и мощность.
• Токарно-револьверные станки — это специализированные станки, предназначенные для быстрой обработки несколькими инструментами. Они оборудованы несколькими горизонтальными шпинделями, на каждом из которых установлен свой инструмент. Это позволяет обрабатывать детали с большей производительностью. Токарно-револьверные станки часто используются в массовом производстве, особенно для создания деталей с однотипными операциями.
• Токарно-фрезерные обрабатывающие центры сочетают возможности токарных и фрезерных станков в одном устройстве. Они предназначены для создания сложных деталей, которые требуют и точной токарной обработки и фрезерования для нарезки пазов и выемок. Они широко используются в аэрокосмической промышленности и производстве сложных инженерных изделий.
• Автоматы продольного точения — это специализированные станки для создания длинных и тонких цилиндрических деталей, таких как винты и болты. Они обрабатывают заготовки, которые подается через шпиндель и вращается, в то время как режущий инструмент нарезает резьбу в продольном направлении. Они обеспечивают высокую производительность в производстве винтовых изделий, таких как винты, болты и шпильки.
• Многошпиндельные токарные станки предназначены для одновременной обработки нескольких заготовок на одной машине. Они имеют несколько горизонтальных шпинделей и инструментов, что повышает производительность и эффективность процесса. Они находят применение в производстве серийных деталей, где требуется однотипная обработка нескольких заготовок одновременно.
• Настольные токарные станки — это компактные и мобильные станки, которые обычно используются для обработки небольших деталей и прототипов. Они могут быть мануальными или оборудованы ЧПУ, предоставляя возможности для токарной обработки в небольших мастерских и гаражах. Настольные станки популярны среди любителей и профессионалов, работающих в небольших масштабах.
• Лоботокарные аппараты — это специализированные станки, предназначенные для обработки лобовых поверхностей деталей. Они используются для создания плоских, концевых поверхностей с высокой точностью и качеством. Лоботокарные аппараты широко применяются в производстве деталей, таких как подшипники и фланцы, где точные лобовые поверхности критически важны.
• Станки с числовым программным управлением (ЧПУ) предоставляют возможность автоматизировать и программировать операции обработки. Они могут включать в себя различные типы токарных станков, фрезерные и другие. С ЧПУ можно создавать сложные геометрические формы и добиваться высокой точности в производстве. Токарный станок по металлу с ЧПУ являются неотъемлемой частью современного металлообрабатывающего производства и могут быть настроены для выполнения различных задач в зависимости от программирования.

Основные узлы

Токарный станок по металлу представляет собой сложное оборудование, состоящее из нескольких ключевых узлов и компонентов, каждый из которых играет важную роль в процессе обработки металлических заготовок. Один из таких узлов — станина. Станина служит основой и жесткой опорой для всей конструкции токарного станка по металлу. Ее прочная структура обеспечивает стабильность и минимизирует вибрации в процессе обработки, что существенно влияет на точность и качество производимых деталей.

Другим важным компонентом токарного станка является передняя бабка, в которой располагается главный шпиндель. Главный шпиндель отвечает за вращение металлических заготовок, а, следовательно, создает кинематику обработки. Передняя бабка также обеспечивает регулировку скорости вращения шпинделя, что критически важно для различных видов обработки и типов металла. В сочетании с другими компонентами, такими как механизм поперечной и продольной подачи, суппорт и фартук, эти узлы обеспечивают эффективное и точное производство металлических деталей на токарных станках. Ниже более подробно рассмотрим каждый из узлов.

Станина

Станина токарного станка — это очень важный элемент, чаще всего она отливается из чугуна, выбирая этот материал для достижения максимальной прочности и долговечности структуры. Этот подход гарантирует долгий срок службы станины, обеспечивая надежную основу для всех механических операций, выполняемых на токарном станке по металлу. Станина токарного станка по металлу играет ключевую роль в обеспечении надежной фиксации практически всех компонентов и узлов, неотъемлемых для работы данного оборудования.

Важной частью станины являются направляющие, которые обеспечивают возможность продольного и поперечного перемещения движущихся компонентов токарного станка по металлу. Существует два основных типа направляющих: направляющие скольжения и направляющие качения. Направляющие скольжения, зачастую созданные как единое целое со станиной, имеют прямой контакт между поверхностями, обеспечивая превосходную способность переносить высокие нагрузки. Однако это также сопровождается увеличенным сопротивлением, что может замедлять скорость перемещения.

По направляющими двигаются суппорт токарного станка и задняя бабка. Они могут быть плоского и призматического вида. Направляющие выполнены строго параллельно друг другу.

Передняя бабка

Передняя бабка токарного станка по металлу — это узел, который содержит главный шпиндель и его привод. Она обеспечивает вращение главного шпинделя и дает возможность закреплять металлические заготовки для обработки. Передняя бабка имеет регулируемый механизм для изменения скорости вращения шпинделя, что важно для разных видов обработки и материалов.

Передняя бабка поддерживает заготовку и придает ей вращение.

Шпиндель

Шпиндель — это центральный вращающийся вал токарного станка. Он вращается с высокой скоростью и служит для создания кинематики обработки. Главный шпиндель может иметь разные характеристики, такие как диаметр сквозного отверстия и максимальную скорость вращения, в зависимости от типа токарного станка по металлу и требований обработки.

Шпиндель является основной деталью передней бабки. Он представляет собой металлический вал конусообразной формы. В нем фиксируются различные инструменты, оправки и другие приспособления.

Шпиндель токарного станка, шейка и подшипники должны быть гладкими, чисто отшлифованными, без люфтов, потому что это влияет на качество расточки деталей. Шпиндель имеет резьбу, а в некоторых станках еще и специальную канавку для того, чтобы патрон самопроизвольно не открутился.

Механизм поперечной и продольной подачи

Механизм поперечной и продольной подачи на токарном станке по металлу отвечает за движение инструментов вдоль и поперек заготовки для создания нужной формы и размера. Поперечная подача перемещает инструмент поперек заготовки, а продольная — вдоль нее. Эти механизмы могут быть управляемыми вручную или автоматизированными, особенно в токарных станках по металлу с числовым программным управлением (ЧПУ).

Снаружи токарного станка по металлу есть рукоятки, которыми можно изменять направление и амплитуду движения суппорта.

Читайте также: токарно-винторезный станок

Суппорт

Суппорт токарного тсанка — это компонент токарного станка, на котором устанавливается инструментальный держатель и сам режущий инструмент. Суппорт может быть регулируемым по высоте и углам, что позволяет точно настраивать положение инструмента относительно заготовки. Это важно для получения желаемой формы и размеров детали.

С его помощью которого осуществляется перемещение режущего инструмента в продольном, поперечном и наклонном направлении. Продольное движение по салазкам станины производит каретка, поперечное совершает верхняя часть суппорта. Резцедержатели (одно или многоместные) устанавливаются в верхнюю часть суппорта.

Фартук

Фартук токарный станок по металлу— это важный узел, который обеспечивает движение каретки и суппорта вперед и назад. Однако он также имеет встроенное блокирующее устройство, которое предотвращает одновременное включение продольной и поперечной подачи суппорта, а также ходового винта и ходового вала. На токарном станке абсолютно недопустимо активировать механизм продольной подачи от ходового вала одновременно с закрытием гайки на ходовом винте, так как это неминуемо приведет к поломке механизма фартука или коробки подачи. Для предотвращения таких нежелательных ситуаций на токарном станке по металлу установлен специальный механизм, называемый механизмом блокировки. Существуют различные конструкции фартуков токарных станков по металлу, и одной из них включает в себя использование вала с реечной шестерней, которая взаимодействует с рейкой каретки и обеспечивает ей возможность перемещения вдоль направляющих станины.

За корпусом фартука находятся механизмы, связывающие суппорт с зубчатой рейкой и ходовым винтом. Управление фартуком вынесено на корпус токарного станка по металлу, что упрощает регулировку хода суппорта.

Задняя бабка

Задняя (упорная) бабка токарного станка — это неотъемлемый узел токарных станков по металлу, предназначенный для надежной фиксации и поджатия обрабатываемых заготовок с использованием упорного или вращающегося центра. Она выполняет критическую роль в точной обработке материалов, обеспечивая устойчивое положение заготовки. Но ее функциональность не ограничивается только этим – на универсальных токарных станках по металлу задняя бабка также используется для установки разнообразных режущих инструментов, включая сверла, зенкеры и развертки. Это делает заднюю бабку важным многофункциональным элементом, способствующим успешной и эффективной обработке материалов на токарных станках по металлу.

Задняя бабка токарного станка движется по станине и может быть зафиксирована в любом месте благодаря рычажной рукоятке. Конус задней бабки называется пиноль. В нем крепится инструмент или приспособление. Также задняя бабка служит второй опорой при обработке длинных деталей.

Каретка

Каретка токраного станка — это элемент, который перемещает инструментальный держатель вдоль станины, что позволяет регулировать положение инструмента относительно заготовки. Каретка обычно имеет регулируемые направляющие и может быть управляема как вручную, так и с использованием ЧПУ.

Каретка предназначена для продольного движения суппорта по салазкам станины. От ее исправности зависит свободное движение этого элемента.

Вал

Вал — это часть токарного станка по металлу с простым управлением. Чтобы привести вал в действие, достаточно установить рычаг в среднее положение. Вал вращения шпинделя имеет две ручки включения. При среднем положении ручек он выключен. Положение вверх – вал вращается против часовой стрелки (рабочее движение), положение вниз – вал вращается по часовой стрелке (обратное движение).

Читайте также: устройство токарно-винторезного станка, его технические характеристики

Конструкция и принцип работы

Большинство токарных станков по металлу имеют схожую конструкцию и имеют одни и те же элементы. Отличаются они только габаритами и расположением некоторых деталей.

Принцип работы токарного станка по металлу, следующий: заготовка, предназначенная для обработки, тщательно фиксируется в патроне, который закреплен на шпинделе и вращается с заранее заданной частотой благодаря приводному механизму.

Процесс резания металла (точения), то есть снятие металлической стружки с заготовки, осуществляется с использованием высокопрочного резца, оборудованного сменными пластинками или с напайкой и заточкой под определенным углом. Этот резец, закрепленный в специальном держателе, обрабатывает поверхность заготовки, перемещаясь вдоль и поперек оси ее вращения.

Читайте также: токарный станок 1А616 его описание и технические характеристики

Важным аспектом в устройстве токарных станков по металлу является не только соответствующая мощность механизма привода и механизма продольной подачи, но и обеспечение статичности резца и самой заготовки в процессе обработки. Это обеспечивает точность и качество обработки металла на токарных станках.

Разновидности и конструктивные особенности

Токарных станков по металлу на самом деле очень много и выполняют они всевозможные операции по обработке металла, но мы наведем самые известные виды.

Читайте также: виды и классификация токарных станков, назначение и конструкция.

Многорезцовые

Предназначены для обработки сложных деталей, сделанных из труб, фасонного профиля или прутков разного сечения. Многорезцовые или многошпиндельные станки в основном используются при серийном производстве.

Производимые операции:

• сверление;
• резьба;
• точение;
• подрезка;
• растачивание;
• зенкерование;
• развертывание.

Многорезцовые станки обладают высокой производительностью благодаря большой площади приводного механизма, жесткости конструкции, способности выполнять несколько операций одновременно.

Карусельные

Группа токарных станков для работы с крупногабаритными деталями и заготовками. Детали, обрабатываемые на них, отличаются небольшой длиной, но значительной массой и диаметром.

Особенности карусельных моделей:

• используются для обработки поверхностей конической или цилиндрической формы;
• выполняются пазы различной конфигурации;
• также можно сделать шлифовку, фрезеровку, подрезку торцов;
• нарезка резьбы.

Помимо основных элементов любого токарного станка, данный вид имеет дополнительное оборудование:

• стол с планшайбой;
• стойки для передвижения траверсы.

Затыловочные

Они предназначены для обработки задних поверхностей зубьев инструментов. Также на нем можно выполнять и другие токарные работы. Отличает затыловочный станок особая конструкция суппорта. Затылование детали производится следующим образом:

• вращательное движение детали;
• возвратно-поступательное движение режущего инструмента к детали.

Винторезные

Наиболее распространенная группа токарных станков по металлу. Широко используются в серийном и единичном производстве. Винторезные модели можно встретить и в мастерских, и в школах, и на любом производстве. Они отличаются простотой эксплуатации и обслуживания.

Конструктивные элементы:

• станина;
• передняя и задняя бабка;
• суппорт;
• фартук;
• коробка подач.

Револьверный

Станки револьверной группы рассчитаны на обработку деталей из калиброванного прутка. Токарно-револьверный станок и операции, которые могут выполняться на данном оборудовании:

• точение;
• расточка;
• фасонное точение;
• зенкерование;
• сверление;
• формирование резьбы;
• развертывание.

Универсальный

К универсальным токарным станкам по металлу относятся винторезные станки, так как на них можно выполнять практически любые операции по металлу.

Основные технические характеристики:

• скорость вращения (количество оборотов);
  класс точности; он указывается в маркировке изделия буквами С, В, Н, А, П;
• число передач;
• каких размеров детали можно устанавливать;
• вес и габариты;
• величина подачи и максимального перемещения по оси.

Варианты и расшифровка вариантов модификаций

Маркировка оборудования показывает, какими особенностями оно обладает, его сферу применения. Токарные станки по металлу имеют буквенное и числовое название. Буквенные обозначения характеризуют его конструктивные особенности: уровень автоматизации, степень точности обработки, модификацию, тип ЧПУ.

Значение букв в маркировке приборов:

• С – особая точность.
• В – высокая точность.
• Н – нормальная точность.
• А – особо высокая точность.
• П – повышенная точность.

Цифры обозначают:

• первая цифра 1 указывает на то, что это токарный станок;
• вторая цифра обозначает тип устройства;
• третья и четвертая – показывают особенности обработки.

Например, 16К20Т обозначает:

• 1 – токарный станок;
• 6 – тип лобовой;
• 20 – 200 мм основной параметр;
• Т – модифицированный.

Строение и применение ЧПУ

Современный токарный станок по металлу имеет числовое программное управление (ЧПУ). Применение электрической схемы и видоизменение основных узлов позволяет добиться высокой точности обработки.

Особенности токарных станков с ЧПУ:

1. При выборе оборудования нужно учитывать данные, указанные в ГОСТе. Там указываются класс точности и другие параметры.
2. Устройство имеет сложную электрическую схему и мини-блок управления.
3. Несмотря на свои небольшие размеры и вес, модели могут выдерживать большую нагрузку.
4. Прибор имеет блок, на который выводится вся информация. Для этого применяются языки программирования, установленные стандартом.
5. Оборудование небольших размеров и высокой точности востребовано. На нем производятся детали для электроники и бытовой техники.

Схемы элементов и частей

Конструкцию токарного станка по металлу можно рассмотреть на схеме токарно-винторезного станка, как наиболее распространенного, и его частей.

Электрическая схема 16К20

Электрическая схема токарного станка по металлу включает в себя различные компоненты и устройства, необходимые для управления. Конкретная схема может сильно различаться в зависимости от модели и производителя токарного станка. Однако, в общих чертах, такая схема может включать следующие компоненты:

• Главный выключатель. Главное устройство управления, которое включает и выключает питание всего токарного станка.
• Электродвигатели. Токарные станки обычно оснащены несколькими электродвигателями, включая двигатель шпинделя, который вращает заготовку, и двигатели для перемещения каретки и инструмента. Электрическая схема обеспечивает управление и защиту для каждого из этих двигателей.
• Панель управления. Может включать в себя переключатели и кнопки для управления скоростью, направлением вращения и другими параметрами работы токарного станка.
• Система подачи. Электрическая схема также включает в себя компоненты для управления системой подачи, которая позволяет перемещать инструмент вдоль и поперек заготовки.
• Система безопасности. Датчики и предохранители обеспечивают безопасность оператора и токарного станка, мониторя и контролируя различные параметры, такие как перегрузки и аварийные ситуации.
• Освещение. Токарные станки по металлу обычно оснащены встроенной системой освещения для обеспечения хорошей видимости во время работы.
• Элементы управления ЧПУ (при наличии). Если токарный станок оборудован системой числового программного управления (ЧПУ), то в схему будут включены компоненты, связанные с ЧПУ, такие как контроллеры и интерфейсы для программирования и контроля токарного станка.

Кинематическая схема 16К20

Кинематическая схема токарного станка по металлу представляет собой графическое изображение и описание всех движущихся частей и механизмов токарного станка по металлу, а также показывает направление и скорость их движения.

Какие детали может обрабатывать

На токарных станках по металлу могут обрабатываться детали, имеющие вид тела вращения. К ним относятся:

• валы;
• оси;
• диски;
• цапфы;
• фланцы;
• муфты;
• кольца;
• втулки;
• гайки и т. д.

Кроме этого, можно сделать нарезку внутренней и наружной резьбы, точение и растачивание различных поверхностей, подрезание торцов, точение внутренних и наружных канавок, сверление, развертывание отверстий и т. д.

Как видим, токарный станок служит для множества операций и необходим в любом производстве. Рассматривая различные виды оборудования, нужно иметь в виду, что возможность установки дополнительного оборудования позволяет значительно расширить производимые операции.