Токарні верстати загальний опис, особливості

Токарні верстати в цілому - це відносно «старе» підрозділ металорізальних верстатів, історія їх розвитку налічує вже багато століть. Всі види токарних верстатів по металу мають одну загальну особливість: вони призначені для обробки заготовок, що представляють собою тіла обертання за допомогою різання і / або точіння.

На токарних верстатах по металу як правило виконують:

• точіння і розточування циліндричних, конічних і фасонних поверхонь - тіл обертання
• нарізування різних різьб (іноді, щоб підкреслити наявність цієї функції, токарні верстати називають токарно-гвинторізні)
• підрізування і обробку торців металевих деталей
• зенкерование. розгортання. свердління отворів співвісно осі токарного верстата та інші види свердління на токарно-фрезерних верстатах
• інші операції

Шпиндель є основним вузлом будь-якого токарного верстата. Шпиндель затискає заготовку і обертається разом з нею, при цьому ріжучий інструмент переміщається в двох незалежних координатах - паралельно і поперек осі обертання заготовки. Чим могутніше конструкція шпинделя і його приводний двигун, тим вища продуктивність токарного верстата по швидкості зняття метало-стружки з заготовки і тим більше масивні деталі він здатний обробляти.

Універсальні токарні верстати

До списку обладнання

Перш, ніж перейти до особливостей самих універсальних токарних верстатів, потрібно уточнити значення приставки "універсальний", використовуваної в назвах токарних, фрезерних і деяких інших типів верстатів. Справа в тому, що в другій половині 20-го століття вдосконалення верстатів дозволяло поступово відмовлятися від вузькопрофільних спеціальних верстатів і оснащувати виробництва багатозадачними "універсальними" верстатами, які могли виконувати більш ніж одну операцію. Приставка "універсальний" тоді підкреслювала сучасність і новизну конструкції верстата. У 21-му столітті широко застосовуються електронні системи управління, в тому числі з числовим програмним управлінням, тому багатозадачність в застосуванні верстатів зробила крок далеко вперед і тепер слово "універсальний" скоріше означає "звичайний" або "економічний".

Основними вузлами токарного (токарно-гвинторізного) верстата є:

• станина (4), на якій монтуються всі механізми верстата;
• передня (шпиндельная) бабка (1), в якій розміщуються коробка швидкостей (13), шпиндель (14) і деякі інші елементи;
• коробка подач (10), передає з необхідним співвідношенням обертальний рух від шпинделя до супорта за допомогою ходового гвинта (7) при нарізанні різьби або ходового валика (8) при обробці інших поверхонь;
• фартух (6), в якому перетворюється обертання гвинта або валика в поступальний рух супорта (2) з інструментом;
• в пінолі задньої бабки (3) може бути встановлений центр для підтримки оброблюваної деталі або стрижневий інструмент (свердло, розгортка і т. п.) для обробки центрального отвору в деталі, закріпленої в патроні шпинделя;
• супорт (2) служить для закріплення різального інструменту та повідомлення йому рухів подачі. Супорт включає в себе нижні санчата (каретки), що рухаються по напрямних станини. По напрямних нижніх санчат перпендикулярно осі обертання деталі переміщаються поперечні санчата, на яких розташовується резцовая каретка з резцедержатели. Різцева каретка може повертатися під різним кутом до осі обертання деталі;
• тумби (5, 9) виконують роль підставок, завдяки їм основні вузли управління токарно-гвинторізного верстата і обробляється деталь знаходяться на зручній для візуального контролю висоті;
• 
  гітари змінних шестерень (11) і коробка швидкостей (13) служать для зміни співвідношень подачі ріжучого інструменту, а також контролю швидкості обертання деталі;
• електро-пускова апаратура (12) вдає із себе електродвигун і його керуючі елементи.

Двома головними параметрами будь-яких токарних верстатів по металу є найбільший діаметр оброблюваної деталі над станиною і найбільша відстань між обертаючими центрами (крайніми точками, через які проходить вісь обертання деталі). Ці два параметри задають максимальні габарити деталей, з якими здатний працювати токарний верстат. Ще одним важливим параметром токарних верстатів по металу є найбільший допустимий діаметр заготовки, що обробляється над поперечними санчатами супорта.

Універсальні токарні верстати відносно прості і невибагливі, перед своїми побратимами з ЧПУ управлінням у них завжди залишається безперечну перевагу - більш низька ціна.

Універсальні токарно-фрезерні верстати

До списку обладнання

Ця група верстатів з ручним (НЕ ЧПУ) управлінням також називається "3-в-1", що підкреслює, що верстати використовуються в 3-х режимах: класичної токарной обточування, свердління і фрезерування. Останні дві операції виконуються за рахунок свердлильно-фрезерної головки, встановленої над станиною токарного верстата. У деяких моделях головка може переміщатися по напрямних вздовж осі деталі.

Такі комбіновані токарні верстати, використовуючи незалежні приводи токарної і свердлильно-фрезерної частин, можуть виконувати внутрішню і зовнішню обробку циліндричних і конічних поверхонь, торців, протачивать канавки, свердлити отвори і нарізати різьбу. Оброблювані матеріали - метали і їх сплави, деревина, а також різні пластики.

Багатофункціональні токарно-фрезерні верстати мають невисоку ціну і призначені насамперед для невеликих майстерень, де виробництво є штучним. Жорсткість їх конструкції і точність обробки поступаються спеціалізованим токарних, фрезерних і свердлильним верстатів. Для масового виготовлення деталей токарно-фрезерної обробкою з високою точністю застосовуються токарно-фрезерні верстати з ЧПУ і C-віссю (про них докладніше див. Текст нижче).

Токарні верстати з ЧПУ і горизонтальної станиною

До списку обладнання

З появою електронних числових систем управління почався період розвитку токарних верстатів з ЧПУ (числовим програмним управлінням). На малюнку праворуч представлена ​​фотографія такого токарного ЧПУ-верстата, на якій кидаються в очі 2 основні відмінності цієї групи токарних верстатів від своїх попередників: наявність пульта числового програмного керування і кожуха з розсувними стулками (дверцятами). Кожух запобігає розкидання / розліт стружки, крапель мастила і охолоджуючої рідини в різні боки, а крім того, оберігає оператора токарного верстата з ЧПУ від травм.

Важливим компонентом ЧПУ є система приводу подач супорта уздовж осі обертання деталі (вісь Z) і поперек (вісь X). Точність позиціонування, а також швидкість осьових подач впливають на якість деталей і продуктивність токарного верстата з ЧПУ. Типи передач в приводах можуть бути різними. Передача «гвинт-гайка ковзання» є застарілою і застосовується досить рідко, передача «гвинт-гайка кочення» (кулько-гвинтові пари або скорочено ШВП) в даний час застосовується досить широко, оскільки володіє зниженими втратами на тертя і малим люфтом. Подачі можуть здійснюватися від простого крокової двигуна, а можуть оснащуватися сервоприводом (сервопривід має в своєму складі датчик положення, який допомагає приводу більш точно відпрацювати команду на зміну положення, що надійшла від ЧПУ токарного верстата). В майбутньому на зміну ШВП стануть приходити лінійні сервоприводи, які не мають деталей обертання і забезпечують підвищену швидкість переміщень, а також точність подач в долі мікрометра.

Токарні верстати з ЧПУ і похилій станиною

До списку обладнання

З плином часу стало зрозуміло, що закритий кожухом токарний верстат з ЧПУ може працювати без втручання людини під керуванням числової системи досить довго: настільки довго, що відходів обробки - стружок, тирси, залишків технологічних рідин - набереться достатньо, щоб накрити обертову деталь «з головою ».

Щоб відходи обробки не розкидалися по всьому робочому об'єму, станину токарного верстата з ЧПУ стали виконувати в похилому положенні (30 °, 45 °, 60 °). Для мінімізації засмічень механічні частини напрямних отримали захисні кожухи, а зона обробки стала доповнюватися конвеєрним відведенням стружки (див ілюстрації зліва).

Токарні верстати під керуванням ЧПУ нерідко мають змінник інструмента різних конструкцій, на різну кількість інструментів (див приклад револьверного типу справа на верхньому малюнку). Наявність змінника інструменту. відведення стружки із зони різання і управління всіма етапами обробки за допомогою ЧПУ дозволяє токарних верстатів вести обробку деталей самостійно, в повністю автономному режимі, і на швидкостях, значно більш високих, ніж у токарно-гвинторізних верстатів з ручним керуванням.

Трубонарізні токарні верстати

До списку обладнання

Трубонарізні верстати являють собою підгрупу токарних гвинторізних верстатів. Вони спеціалізовані для різного роду токарного оброблення труб і трубних з'єднань, що використовуються в різних галузях промисловості, але найбільш широко - в геологорозвідці і нафтогазової галузі для видобутку / транспортування нафти і природного газу. Основна операція у трубонарізних токарних верстатів - це нарізування метричних. дюймових. модульних. пітчевих і конічних різьб, також на верстатах цього типу виконуються класичні токарні операції: точіння, різання, розточування. співвісний свердління та ін. Оброблювані поверхні можуть бути не тільки правильної циліндричної, але конічної і більш складних форм (для роботи зі складними профілями більшість трубонарізних токарних верстатів оснащується системою ЧПУ).

Нерідко трубні заготовки мають велику довжину, в такому випадку вони подаються в зону обробки через

отвір в шпинделі. при цьому залишається «на вазі» довжина труби, щоб уникнути перегину підпирається різноманітними пересувними супортами. люнетами і роликовими ПІНОЛЕН, що розташовуються зліва від бабки токарного верстата. У більш просунутих моделей трубонарізних верстатів для міцного, без відхилень від поздовжньої осі деталі, утримання і обертання заготовки в робочій зоні використовуються не один, а два шпинделя. розташованих зліва і праворуч від шпиндельної бабки.

Шпинделі трубонарізних токарних верстатів мають трьох- або чотирьох-кулачкову конструкцію. Залежно від класу верстата, затиск може здійснюватися вручну, пневматичні, електроприводом або за допомогою гідравліки.

Основні технічні параметри трубонарізних токарних верстатів - це діаметр отвору в шпинделях (задає максимально допустимий діаметр трубної заготовки) та міжцентрову відстань (тобто «корисна довжина», уздовж якої виробляються токарні операції над заготівлею). Трубонарізні токарні верстати можуть використовуватися і як звичайні токарні верстати, в цьому випадку важливу роль відіграють діаметри обробки над станиною і над супортом.

Більшість трубонарізних токарних верстатів оснащується системою ЧПУ, що дозволяє в автоматичному режимі обробляти складні профільні поверхні, нарізати різьблення трапецієподібних і трикутних перерізів, самостійно управляти наступником інструменту (як правило, це 4х-позиційний різцетримач).

Токарно фрезерні верстати з ЧПУ і C-віссю

До списку обладнання

Подальшим розвитком токарних верстатів з ЧПУ стало застосування «активних» інструментів (фрез і свердел) з власним обертальним приводом. Це нововведення перетворює токарний апарат в гібридний токарно-фрезерний верстат з великою кількістю операцій. На такому токарно-фрезерному обробному центрі (слово "центр" цілком правомірне вжити, оскільки у всіх моделей є змінник інструмента) можна виконувати на додаток до токарних свердлильно-фрезерні, гравёрние і інші види робіт, до сих пір що були прерогативою верстатів фрезерної групи.

Термін «C-вісь» означає, що у токарно-фрезерних верстатів ЧПУ контролює не просто швидкість обертання деталі, а й саме її кутове положення, такий контроль іноді ще називають індексацією по С-осі. Точність керування кутом повороту деталі становить 0,001 ° і менше.

У поєднанні з багатопозиційними змінниками приводного інструмента токарні верстати з С-віссю стають по суті токарно-фрезерними обробними центрами (інша назва - токарні оброблювальні центри) і можуть застосовуватися для виробництва "невластивих" для токарних верстатів шестернею, черв'ячних передач і інших складних деталей. Застосування фрез розширює швидкісний діапазон режимів обробки металу, дозволяє більш повно використовувати ріжучі кромки інструменту і збільшити термін його роботи.

Наступною новацією у токарно-фрезерних верстатів з C-віссю є застосування додаткового, так званого протівошпінделя, який розташовується на місці задньої бабки токарного верстата. Протівошпіндель дозволяє перехопити деталь за праву сторону і обробити її ліву частину без втручання людини, - тому при наявності автоматичної подачі прутка такий токарно-фрезерний верстат може служити для серійного виробництва деталей, замінивши собою невелику виробничу лінію.

Також існують токарно фрезерні верстати з протівошпінделем, які оснащуються не одним, а двома змінниками приводного інструмента. Робота з двома шпинделями і двома одночасно використовуваними інструментами дозволяє збільшити як швидкість, так і складність обробки деталей.

Словник термінів токарних верстатів

об'ємне тіло, що виходить в результаті обертання плоскої фігури-контуру навколо осі, званої віссю обертання; для зручності, вісь обертання вважають в одній площині з фігурою-контуром

полягає в збільшенні розміру вже існуючого отвору (просвердлений або відлитого) за допомогою сточування його внутрішньої поверхні спеціальними інструментами

процес збільшення діаметра отворів, спочатку отриманих свердлінням, відливанням або штампуванням, для додання їм точної циліндричної форми і підвищення якості внутрішньої поверхні

забезпечує більш високу точність і малу шорсткість обробки поверхні отворів, застосовується після свердління і зенкерування як фінішної (чистової) обробки

вал, забезпечений пристроєм для закріплення оброблюваного виробу або інструменту