Токарные станки –классификация, основные типы, техника безопасности

Используя токарный станок одной из современных моделей, можно выполнять достаточно большой перечень технологических операций по обработке металла. Но преимущественно на таком оборудовании выполняют обработку наружных и внутренних поверхностей заготовок, имеющих цилиндрическую, коническую и фасонную конфигурацию.

Современный токарный станок

История появления и развития оборудования

По мнению историков, токарные станки (вернее, примитивные прародители подобных устройств) были изобретены и начали использоваться человеком еще в середине VII века до нашей эры. Конечно, такое устройство имело простейшую конструкцию, но позволяло эффективно выполнять обработку изделий из дерева или кости. Для того чтобы произвести такую обработку, в двух центрах, которые монтировались соосно друг с другом, зажималась деталь. Ее вращали вручную, а процесс резания осуществлялся при помощи ручного резца, которым манипулировал отдельный «оператор». Таким образом изделию придавалась требуемая форма и размеры.

Следующим этапом развития, которому подверглось оборудование токарной группы, стало оснащение его приводом, необходимым для придания детали вращательного движения. В качестве такого привода изначально использовалась тетива лука, которую петлей накидывали на обрабатываемое изделие. А чуть позже (в XIV столетии) был изобретен ножной привод для токарного оборудования.

Старинный токарный станок с ножным приводом

Конструкция такого привода, очень напоминающего приводной механизм ножной швейной машины, состояла из закрепленной консольной деревянной жерди, соединенной с обрабатываемой деталью при помощи прочной веревки. При нажатии ногой на жердь веревка натягивалась, что приводило к вращению заготовки на 1–2 оборота. После того как нога убиралась с жерди, веревка освобождалась и устремлялась вверх, что влекло за собой вращение заготовки в другую сторону.

Несмотря на простую конструкцию, такие токарные станки уже позволяли выполнять обработку с достаточно высоким качеством. Их плюсом являлось и то, что обслуживание устройств было очень простым.

Токарно-копировальный станок А. Нартова, 1729 год

Станок токарной группы XVI столетия уже имел в своей конструкции люнет и центры, изготовленные из металла, что позволяло использовать его для обработки заготовок, отличающихся сложной конфигурацией. Однако по причине невысокой мощности такого устройства применять его для токарной обработки металлических заготовок было еще нельзя.

Сильный толчок история токарного станка получила в 1700-х годах, когда россиянином Андреем Нартовым было создано устройство, на которое установили механический суппорт. Следует отметить, что именно это новшество послужило сильнейшим толчком в развитии всего оборудования, предназначенного для обработки заготовок из металла. Серьезный вклад в развитие токарных агрегатов внесли французские инженеры, которые к середине XVIII столетия создали устройство, отличающееся высокой универсальностью. Уже к концу этого века во французской промышленности стал использоваться специализированный агрегат, на котором можно было выполнять нарезание резьбы на металлических винтах.

Токарные станки Модсли (нажмите, чтобы увеличить)

По-настоящему прорывным в развитии токарного оборудования принято считать 1794-й год, когда Генри Модсли создал станок, послуживший базой для дальнейшего развития всех токарных агрегатов. Что примечательно, предприятие, основанное Модсли, занималось также производством плашек и метчиков, с помощью которых на его оборудовании выполняли нарезание резьбы.

О том, чтобы автоматизировать токарный станок, стали задумываться в XIX веке, и пальма первенства в этом вопросе принадлежит американским инженерам. Данный процесс шел по пути оснащения агрегатов дополнительными элементами автоматизации, что в итоге привело к созданию первого станка с револьверной головкой. Именно на базе таких устройств в дальнейшем и стали создавать универсальные станки-автоматы, первый из которых (станок Спенсера) был представлен общественности в 1973 году.

Первые упоминания

В 700-х годах н.э. был создан агрегат, частично напоминающий современный токарный станок. История его первого удачного запуска начинается с обработки древесины методом вращения заготовки. Ни одной детали установки не было сделано из металла. Поэтому надежность таких устройств довольна низкая.

В то время низкий КПД имел токарный станок. История производства восстановлена по сохранившимся чертежам, рисункам. Чтобы раскрутить заготовку требовалось 2 крепких подмастерья. Точность получаемых изделий невысокая.

Информацию об установках, отдаленно напоминающих токарный станок, история датирует 650 годом до н. э. Однако общим у этих машин был только принцип обработки — методом вращения. Остальные узлы были примитивны. Заготовка приводилась в движение в прямом смысле руками. Использовался рабский труд.

Созданные модели в 12 веке уже имели подобие привода и на них могли получить полноценное изделие. Однако держателей инструмента еще не было. Поэтому о высокой точности изделия было рано говорить.

Классификация токарного оборудования

Классификация токарных станков, которая была разработана еще в советское время, причисляет такие агрегаты к первой категории оборудования, предназначенного для обработки заготовок из металла. Согласно данной классификации, все виды токарных станков причисляются к одной из следующих категорий:

• автоматические и полуавтоматические токарные агрегаты с одним шпинделем;
• многошпиндельные станки: автомат и полуавтомат;
• револьверные модели;
• станки отрезной группы;
• карусельные модели;
• лобовое и винторезное оборудование;
• многорезцовые и полировальные агрегаты;
• специализированные станки, которые могут быть обычными и автоматическими;
• устройства специального назначения.

Основные виды токарных работ

По степени точности обработки производятся следующие типы токарных станков:

• особой точности — С;
• высокой точности — В;
• нормальной точности — Н;
• особо высокой точности — А;
• повышенной точности — П.

От того, к какой категории принадлежит токарный станок, зависят его функциональные возможности, и, соответственно, сфера применения. Узнать об основных технических возможностях станка можно и по его маркировке, которая включает в себя следующее:

• начальную цифру «1», свидетельствующую, что это именно токарный станок, а не какой-либо другой;
• вторую цифру, указывающую на тип, к которому относится токарный агрегат;
• третью цифру (а в некоторых моделях и четвертую) — это самый основной параметр станка, который характеризует высоту его центров.

Расшифровка маркировки токарных станков (нажмите, чтобы увеличить)

Присутствуют в маркировке таких агрегатов и буквенные обозначения, которые определяют его конструктивные особенности: уровень его автоматизации, точности, модификацию, оснащенность системой ЧПУ. К примеру, маркировка модели токарного станка 1И611П расшифровывается следующим образом: буква «И» говорит о том, что это устройство токарно-винторезной группы; буква «П» — станок повышенной точности; высота центров у данной модели соответствует значению 110 мм. Догадаться о том, какой категории перед вами токарный станок, можно и по фото модели.

Типы токарного оборудования

Токарно-револьверные станки предназначены для изделий, обрабатывать у которых необходимо несколько поверхностей, используя различные инструменты. Чтобы не выполнять установку и настройку каждого инструмента, на таких станках устанавливаются револьверные головки, в которых может быть предусмотрено два и более гнезда для размещения инструментов. Конечно, обслуживать такой токарный станок значительно сложнее, чем обычную модель, но это полностью компенсируется функциональностью этого агрегата. К примеру, популярными моделями подобных станков являются 1Е316П, 1Г340ПЦ, 1П371, 1А341.

Карусельный станок — одна из разновидностей станков токарной группы

Карусельные станки токарной группы предназначены для выполнения обработки заготовок, характеризующихся небольшой длиной, значительной массой, большим внешним диаметром. К ним относятся габаритные зубчатые колеса, маховики и др. Функциональные возможности таких токарных станков (например, моделей 1512, 1541, 1550, 1Л532 и прочих) позволяют выполнять на них различные виды токарных работ: точение, растачивание, прорезывание канавок, обработку торцов и др. А если дооснастить такие токарные агрегаты дополнительными приспособлениями, то они станут еще более универсальными: с их помощью можно будет выполнять некоторые фрезерные операции, нарезать резьбу, осуществлять шлифовку и производить ряд других технологических действий.

Рабочие органы многошпиндельного станка

Многошпиндельные станки, относящиеся к токарной группе, необходимы для выполнения сложнейших технологических операций в условиях серийного производства. Заготовки, которые можно обрабатывать на таких станках, могут иметь форму труб, шестигранных, квадратных и круглых прутков, фасонного профиля и др. Отличается подобная техника высокой жесткостью своей конструкции и мощным приводом, что позволяет выполнять с ее помощью обработку с высокой производительностью.

Что важно, такая сложная и функциональная техника обслуживается точно так же, как и станок обычной модели. Перечень технологических операций, которые можно выполнять на подобном агрегате, достаточно обширен: растачивание, черновое и фасонное обтачивание, нарезание и накатывание резьбы и др. Наиболее популярными моделями подобного токарного оборудования являются станки 1П365 и 1Б140.

Токарно-винторезный станок 16К20

Распространенными моделями станков для токарной обработки, которые завоевали широкую популярность еще во времена СССР, являются токарно-винторезные устройства. Свою популярность такие станки, которые можно встретить не только практически на любом промышленном предприятии, но и в школьных мастерских, завоевали благодаря тому, что с их помощью можно эффективно выполнять большой перечень технологических операций.

Каждый такой станок, вне зависимости от модели, имеет типовую конструкцию, состоящую из однотипных узлов. Наряду со своей функциональностью, токарно-винторезные модели токарных станков отличаются высокой безопасностью, простотой в работе и обслуживании, что и дает возможность использовать их в качестве агрегатов для оснащения школьных мастерских еще со времен СССР. Наиболее известными и популярными моделями такого токарного оборудования являются станки 16К20, 16К50, 16Б16А и 16П16П.

На предприятиях, выпускающих свою продукцию крупными сериями и использующими в производстве заготовки из фасонных профилей и калиброванных прутков, активно применяются токарные автоматы. Такие станки, на которых преимущественно выполняют операции точения в продольном направлении, с одинаковым успехом справляются с обработкой заготовок из различных металлов: сверхтвердых сплавов, мягкой меди и др.

На отечественном рынке токарные станки представлены в основном моделями зарубежных производителей (Япония, Южная Корея и др.). Есть и отдельные модели отечественного производства, например 1М10ДА.

Токарно-продольный автомат 1М10ДА

Основные узлы

Для обработки 3D-деталей резанием методом вращения идеально подходят токарные станки. Обзор современной машины содержит параметры и характеристики основных узлов:

• Станина — основной нагруженный элемент, рама станка. Изготавливают из прочных и твердых сплавов, преимущественно применяется перлит.
• Суппорт — остров для крепления вращающихся инструментальных головок либо статичного инструмента.
• Шпиндель — выступает в роли держателя заготовок. Основной мощный узел вращения.
• Дополнительные узлы: ШВП, оси скольжения, механизмы смазки, подачи СОЖ, воздухоотборники из рабочей зоны, охладители.

Современный токарный станок содержит приводные системы, состоящие из сложной электроники управления и двигателя чаще синхронного. Дополнительные опции позволяют убирать стружку из рабочей зоны, измерять инструмент, подавать СОЖ под давлением непосредственно в область реза. Механика станка подбирается индивидуально под задачи производства, от этого зависит и стоимость оборудования.

Суппорт содержит узлы для размещения подшипников, которые насажены на ШВП (шарико-винтовую пару). Также на нем монтируются элементы для контакта с направляющими скольжения. Смазка в современных станках подается автоматически, контролируется ее уровень в бачке.

В первых токарных станках перемещение инструмента осуществлял человек, он выбирал направление его движения. В современных моделях все манипуляции осуществляет контроллер. Понадобилось несколько веков для изобретения подобного узла. Электроника значительно расширила возможности обработки.

Особенности конструкции станков токарной группы

Все станки, предназначенные для выполнения токарной обработки заготовок из металла и других материалов, имеют в своей конструкции типовые конструктивные элементы:

• станину — несущий элемент токарного агрегата, на котором устанавливаются все элементы его конструкции;
• фартук (в данном элементе токарного станка происходит преобразование движения валика или ходового винта в перемещение его суппорта);
• шпиндельную бабку, на которой размещается шпиндель устройства, а в ее внутренней части располагается коробка скоростей;
• суппорт (в данном элементе станка закрепляется режущий инструмент, также суппорт нужен для того, чтобы обеспечить продольную и поперечную подачу инструмента, совершаемую с заданными параметрами; в конструкции суппорта обязательно присутствует нижняя каретка, а у отдельных моделей их несколько, на верхней из которых крепится держатель для токарного инструмента);
• коробку подач (при помощи данного конструктивного элемента передается движение от ходового винта или валика на суппорт станка);
• электрическая часть конструкции станка, включающая в себя приводной электродвигатель, мощность которого у разных моделей станков может серьезно варьироваться, а также элементы, с помощью которых обеспечивается управление электрооборудованием устройства (естественно, данная часть токарного агрегата должна отвечать требованиям безопасности).

Основные узлы токарного станка

Все элементы конструкции станка опираются на две тумбы, которые выполняют несущую функцию, а также обеспечивают размещение заготовки на удобной для оператора высоте. Такие тумбы, отличающиеся массивностью своей конструкции, можно увидеть на фото токарного станка любой модели.

Основная часть конструктивных элементов токарного оборудования унифицирована, что позволяет оперативно и с минимальными затратами выполнять их техническое обслуживание и ремонт.

Конструкция суппорта токарного станка

Приводные валы станка

Пример расположения органов управления токарного станка (нажмите, чтобы увеличить)

Металлические детали

Основной задачей изобретателей станков было повысить жесткость узлов. Началом технического перевооружения стало применение металлических центров, зажимающих заготовку. Позже уже внедрили шестеренчатые передачи из стальных деталей.

Металлические запчасти позволили создать винторезные станки. Жесткости уже хватало для обработки мягких металлов. Постепенно совершенствовались отдельные узлы:

• держатель заготовок, позже названный главным узлом — шпинделем;
• конусные упоры оснащались регулируемыми механизмами для изменения положения по длине;
• работа на токарном станке стала легче с изобретением металлического держателя инструмента, но требовался постоянный отвод стружки при повышении производительности;
• чугунная станина повысила жесткость конструкции, что позволило обрабатывать детали значительной длины.

С внедрением металлических узлов раскрутить заготовку становится сложнее. Изобретатели задумались о создании полноценного привода, желая исключить ручной труд человека. Система передач помогла осуществить задуманное. Паровой двигатель впервые был приспособлен для вращения заготовок. Ему предшествовал водяной двигатель.

Равномерность перемещения режущего инструмента осуществлялась червячной передачей при помощи рукоятки. Благодаря этому получалась более чистая поверхность детали. Сменные блоки позволили реализовать универсальную работу на токарном станке. Механизированные конструкции усовершенствовались столетиями. Но по сей день принцип работы узлов базируется на первых изобретениях.