Самые популярные типы токарных станков

3 Уровень автоматизации и другие особенности оборудования

Металлорежущие станки, используемые для массового и крупносерийного производства, называют агрегатными. Их устройство примерно одинаковое, для их выпуска используют стандартизированные рабочие столы, рабочие головки, станины, шпиндельные и другие узлы. Если же изготавливаются станки для единичного и мелкосерийного производства, их конструкция может быть уникальной.

По уровню автоматизации рассматриваемые нами агрегаты бывают:

• Полуавтоматическими. У них монтаж заготовки, которую предстоит обработать, запуск оборудования и демонтаж изделия после обработки осуществляет человек. Остальные же процедуры, причисляемые к вспомогательным, выполняются в автоматическом режиме.
• Автоматическими. Такие станки требуется наладить (задать необходимые условия обработки той или иной партии изделий) и запустить. Все рабочие операции они выполнят сами.

В составе современных систем ЧПУ имеются следующие обязательные элементы:

• Пульт (консоль) оператора. Он дает возможность вводить программу, переводить металлорежущие станки в ручной режим работы, устанавливать режимы функционирования оборудования и так далее.
• Контроллер. Специальное устройство на агрегатах с ЧПУ, которое задает и отслеживает точность выполнения технологических управляющих команд, траекторию перемещения рабочего приспособления, отвечает за изменение и общее управление станком, а также выполняет дополнительные расчеты. Контроллером в наши дни может выступать и мощный промышленный компьютер, и логическое программируемое устройство, и обычный микропроцессор.
• Панель оператора (экран, дисплей). Данный элемент ЧПУ предназначен для того, чтобы специалист, работающий за станком, мог визуально наблюдать за процессом обработки изделий, и при необходимости вносить какие-либо изменения в программу управления.

Суть эксплуатации оборудования с ЧПУ (например, токарного станка 16К20Ф3) сравнительно проста. Сначала для металлорежущего оборудования составляется управляющая программа, которая вводится в контроллер оператором (для этих целей используется программатор). При включении агрегата ЧПУ дает на узлы станка последовательные команды. Выполнив все команды по обработке детали, оборудование отключается.

Высокая точность и скорость выполнения рабочих операций, которыми характеризуются металлорежущие станки, оснащенные ЧПУ, обусловили их активное применение в составе автоматических цеховых линий и очень крупных производственных автоматизированных систем.

Какие работы можно выполнять

На оборудовании можно выполнять различные работы по металлу и различным сплавам.

Токарная обработка

На токарно-карусельных станках производят заготовки различной формы диаметром до 10000 мм, при относительно небольшой длине.

Точение растачивание

Растачивание —самый распространенный способ обработки отверстий. Его получают при литье, штамповке или сверлении. При глубине резания более 10 мм растачивание выполняют двумя резцами. Чистовое растачивание выполняют одним резцом.

Подрезание торцов

Торцы обрабатывают и вертикальным, и боковым суппортом. Вертикальным обрабатывают любые поверхности путем подачи от краев к центру детали. Боковой суппорт обрабатывает неширокие поверхности. Широкие заготовки можно обработать несколькими резцами.

Прорезывание

Точение канавок до 25 мм не требует большой точности, поэтому их прорезают одним резцом за один проход. При повышенных требованиях к точности делают два хода резцом: черновой и чистовой. Более широкие канавки прорезают за несколько ходов одним или несколькими резцами.

Точение фасонных поверхностей

Фасонные поверхности обрабатывают специальными резцами. При большой длине окружности используют обычный резец с подачей по дуге окружности.

Сверление

Цилиндрический проем диаметром менее 40 мм сверлят одним сверлом; если диаметр больше 40 мм, используют сверление с рассверливанием; калибр первого сверла 20 мм. Кольцевое сверление применяют для создания отверстий диаметром 60 — 200 мм и длиной до 500 мм в плотном материале.

Зенкерование

Зенкерование употребляют при обработке отверстий размером до 100 мм вместо рассверливания или как метод первоначальной обработки проемов в отливках и штампованных заготовках.

Типы и разновидности токарного оборудования

Существует разделение станков по следующим критериям:

1. Наибольший допустимый размер обрабатываемой заготовки над станиной.
2. РМЦ – расстояние между центрами (мелкие – до 150 мм, средние – 150–300 мм, крупные – более 300 мм).

Также есть множество типов токарных станков, обладающих своей спецификой:

Винторезные станки токарной группы

Очень распространены в силу своей универсальности. Принцип работы прост: зажатому на шпинделе в горизонтальном положении объекту придается вращение, а с помощью подвижного резца происходит резание. Резец может быть как закрепленным, так и отдельным.

Токарные станки с ЧПУ

Автоматизированные станки, управляющиеся с помощью ЧПУ. Система числового программного управления обеспечивает высокую точность, а также серийность обработки. Участие оператора минимально: создание управляющей программы и контроль ее исполнения.

Револьверные станки

Как следует из названия, на направляющих станины располагается суппорт с револьверной головкой. В каждый паз револьверной головки может быть установлен резец.

Во время обработки резцы сменяют друг друга, прокручиваясь, что позволяет не тратить время на замену инструмента.

Карусельные станки

Предназначены в основном для обработки крупных объектов весом в несколько тонн. Основным элементом конструкции является планшайба – горизонтальный диск, на который устанавливается заготовка, и который придает ей вращение.

Отсюда и название данной разновидности станка. Как правило, станок карусельного типа имеет два суппорта для установки резцов – вертикальный и боковой. Это позволяет обрабатывать заготовку по внешней и по внутренней поверхности.

Затыловочные станки

Затылование – это специальный метод заточки торцовых поверхностей инструментов для сверления, фрезерования и нарезания резьбы.

Такая операция необходима для восстановления формы рабочих поверхностей инструмента после длительной эксплуатации. По конструкции затыловочный станок похож на винторезный, но имеет ряд особенностей.

Обрабатываемый объект также вращается шпинделем, а суппорт вместе с резцом совершает возвратно-поступательные движения, срезая (затылуя) поверхность объекта на один зуб.

Лоботокарные станки

Похожи на карусельные станки, также имеют планшайбу, но на лоботокарных станках планшайба устанавливается вертикально. Карусельные и лоботокарные станки могут взаимно заменять друг друга.

Как правило, применяются для резания с торца, то есть со «лба». Отсюда и название. Предназначены для обработки объектов, диаметр которых значительно превышает их длину (колеса, шестеренки, шкивы).

Станки с бесступенчатым приводом

Бесступенчатый привод – это механизм, позволяющий плавно менять скорость вращения шпинделя, без резких перепадов и остановки станка.

Такая функция позволяет постепенно подобрать нужную частоту вращения уже в процессе работы, а не прикидывать ее «на глаз».

Трубонарезные агрегаты

Как следует из названия, предназначены для обработки труб. Очень похожи на винторезные станки, но есть одно существенное различие в конструкции шпинделя: для того, чтобы длинные трубы надежно удерживались, через корпус станка насквозь проходит тоннель, в котором труба зажимается шпинделем в двух точках.

Это обеспечивает вращение объекта без люфта. Также существуют дополнительные подставки для труб, если они значительно превышают расстояние между патронами.

Токарно-фрезерный обрабатывающий центр

Многоцелевой комплекс, объединяющий в себе токарные и фрезерные функции. Имеет фрезерную головку, на которую может быть установлен режущий инструмент.

Головка эта подвижна, может обрабатывать объект как сбоку, по внешней поверхности, так и с торца, по внутренней.

Автомат продольного точения

Предназначен для серийного изготовления и обработки малогабаритных деталей диаметром 1–60 мм, длиной – 5–300 мм.

Автомат устроен следующим образом: в подвижном шпинделе с помощью цанги закрепляется заготовка, резцы же остаются неподвижными или передвигаются по горизонтали; шпиндель вместе с заготовкой подводится поочередно к нужным резцам и обрабатывается.

Многошпиндельные токарные станки

Станки с тремя или более шпинделями, на которых крепятся заготовки для одновременной или поочередной обработки. Используются исключительно на серийных производствах.

Действия наладчика и оператора станка с ЧПУ

Этапы работы наладчика выглядят следующим образом:

• подбор режущего инструмента согласно карте, проверка его целостности и заточки;
• подбор по карте наладки заданных размеров;
• установка режущего инструмента и зажимного патрона, проверка надежности крепления заготовки;
• установка переключателя в положение «От станка»;
• проверка рабочей системы на холостом ходу;
• введение перфоленты, которое проводится после проверки лентопротяжного механизма;
• проверка правильности заданной программы для пульта и станка ЧПУ и системы световой сигнализации;
• крепление заготовки в патрон и установка переключателя в режим «По программе»;
• обработка первой заготовки;
• измерение готовой детали, внесение поправок на специальные переключатели-корректоры;
• обработка детали в режиме « По программе» второй раз;
• осуществление замеров;
• перевод переключателя режима в положение «Автомат».

На этом процесс наладки окончен и к работе приступает оператор станка ЧПУ. Он должен выполнить такие действия:

• менять масла;
• чистить рабочую зону;
• смазывать патроны;
• проверять станок на пневматику и гидравлику;
• проверять точные параметры оборудования.

Перед тем как приступить к работе, оператор станка ЧПУ должен проверить его на работоспособность посредством специальной тестовой программы, также ему следует убедиться в том, что подана смазочная жидкость и в том, что в гидросистеме и ограничивающих упорах присутствует масло.

Помимо этого, он должен проверить, насколько надежно крепление всех приборов и инструментов, а также то, насколько мебельная заготовка соответствует заданному технологическому процессу станка. Далее следует провести замеры на предмет возможных отклонений от точности настройки нуля на приборе и других параметров.

И только после этих манипуляций можно включать сам станок ЧПУ:

• заготовку устанавливают и закрепляют;
• потом вводится программа работы;
• в считывающее устройство заправляется перфолента и магнитная лента;
• нажимаем «Пуск»;
• после того как первая деталь обработана, производятся ее замеры на предмет соответствия с заданной ранее моделью.

Числовое программное управление

(X,Y,Z){\displaystyle (X,Y,Z)_{0}} — неподвижная система координат

(X,Y,Z)д{\displaystyle (X,Y,Z)_{\text{д}}} — система координат, связанная с местом крепления детали либо с ее базовыми поверхностями, относительно которых описывается обрабатываемая поверхность

(X,Y,Z)и{\displaystyle (X,Y,Z)_{\text{и}}} — система координат, связанная с местом крепления инструмента, относительно которого описывается его режущая поверхность и положение режущей кромки

(τ,ν,β)k{\displaystyle (\tau ,\nu ,\beta )_{k}} — подвижный трехгранник (триэдр Френе), связанный с режущей кромкой и определяющий ее положение относительно (X,Y,Z)и{\displaystyle (X,Y,Z)_{\text{и}}}

(τ,ν,β)i{\displaystyle (\tau ,\nu ,\beta )_{i}} — подвижный трехгранник, связанный с точками поверхности и определяющий их положение в системе координат (X,Y,Z)д{\displaystyle (X,Y,Z)_{\text{д}}}.

Математически обрабатываемая поверхность получается взаимным перемещением двух трехгранников — (τ,ν,β)i{\displaystyle (\tau ,\nu ,\beta )_{i}}, связанного с поверхностью детали, и (τ,ν,β)k{\displaystyle (\tau ,\nu ,\beta )_{k}}, связанного с режущей кромкой инструмента. Элементы матрицы kAi{\displaystyle {}^{k}A_{i}} определяют перемещение режущей кромки относительно программного задания поверхности, иAi{\displaystyle {}^{\text{и}}A_{i}} — положение режущей кромки в системе координат (X,Y,Z){\displaystyle (X,Y,Z)} и дAi{\displaystyle {}^{\text{д}}A_{i}} — положение программируемых опорных точек поверхности в системе координат детали, Aд{\displaystyle {}^{0}A_{\text{д}}} и 1Aи{\displaystyle {}^{1}A_{\text{и}}} — положение систем координат (X,Y,Z)д{\displaystyle (X,Y,Z)_{\text{д}}} и (X,Y,Z)и{\displaystyle (X,Y,Z)_{\text{и}}} относительно (X,Y,Z){\displaystyle (X,Y,Z)_{0}}.

Что такое станина

Станина — это основа конструкции станка. На нее крепятся все остальные подвижные и неподвижные детали и узлы. Через нее механизм опирается на фундамент. Станина воспринимает на себя все усилия, возникающие при воздействии инструмента на заготовку. От определенных точек на станине, выбранных началом координат, отсчитываются перемещения движущихся частей станка. В нее входят такие компоненты, как:

• корпусные элементы;
• поперечные, продольные и вертикальные крепления и ребра жесткости;
• направляющие.

Станина – наиболее долгоживущая часть станка, рассчитанная на все время его эксплуатации. Двигатели, привода и рабочие органы могут много кратно заменяться по мере износа, направляющие лишь подвергается периодическому ремонту. Направляющие служат для продольного, поперечного или вертикального перемещения подвижных узлов механизма.

Направляющие бывают двух видов:

• незамкнуты, применяемые при обработке деталей большой и средней массы и небольших опрокидывающих моментах;
• замкнутые, используются при средних массах деталей и значительных опрокидывающих моментах.

Подвижные узлы могут перемещаться, скользя по направляющим, либо использовать роликовые или шариковые опоры.

Кроме передачи, распределения и компенсации усилий, станина также должна быть способной гасить колебания различной частоты, возбуждающиеся в механизме во время его работы.

Шпиндель

Маловероятно, что ещё можно встретить  устройство токарного станка по металлу с монолитным шпинделем. Современные станки имеют полые модели, но это не упрощает требований предъявляемых к ним. Корпус шпинделя должен выдерживать без прогибов:

• детали с большим весом;
• предельное натяжение ремня;
• нажим резца.

Особые требования предъявляются к шейкам, на которые устанавливаются в подшипники. Шлифовка их должна быть правильной и чистой, шероховатость поверхности не более Ra = 0,8.

Шпиндель

В передней части отверстие имеет конусную форму.

Подшипники, шпиндель и ось должны при работе создавать единый механизм, не имеющий возможности создавать лишних биений, которые могут получаться при неправильной расточке отверстия в шпинделе или небрежной шлифовке шеек. Наличие люфта между подвижными частями станка приведут к неточности в обработке заготовки.

Устойчивость шпинделю придают подшипники и механизм регулировки натяга. К правому подшипнику он крепится посредством расточенной, по форме шейки, бронзовой втулки. Снаружи её расточка совпадает с гнездом на корпусе передней бабки. Втулка имеет одно сквозное отверстие и несколько надрезов. Крепится втулка, в гнезде передней бабки гайками, накрученными на её резьбовые концы. Гайки крепления втулки используются для регулировки натяга разрезного подшипника.

За изменение скорости вращения отвечает коробка скоростей. Справа к шкиву присоединяется зубчатая шестерня, справа от шкива шестерня насажена на шпиндель. За шпинделем имеется валик со свободно вращающейся втулкой с ещё 2 шестернями. Через шейку, закреплённому в кронштейнах валику, передаётся вращательное движение. Разный размер шестерней позволяет варьировать скорость вращения.

Перебор увеличивает количество рабочих скоростей токарного станка вдвое. Строение токарного станка по металлу с использованием перебора позволяет выбрать среднюю скорость между базовыми. Для этого достаточно перекинуть ремень с одной передачи на следующую или установить рычаг в соответствующее положение, в зависимости от конструкции станка.

Шпиндель получает вращение от электродвигателя через ременную передачу и коробку скоростей.

Формообразующие движения

Основная статья: Формообразующие движения

Для осуществления процесса резания на металлорежущих станках необходимо обеспечить взаимосвязь формообразующих движений.

У металлорежущего станка имеется привод (механический, гидравлический, пневматический), с помощью которого обеспечивается передача движения рабочим органам: шпинделю, суппорту и т.п. Комплекс этих движений называется формообразующими движениями. Их классифицируют на два вида:

1) Основные движения (рабочие), которые предназначены непосредственно для осуществления процесса резания:

а) Главное движение Dг осуществляется с максимальной скоростью. Может передаваться как заготовке (например, в токарных станках), так и инструменту (напр., в сверлильных, шлифовальных, фрезерных станках). Характер движения: вращательный или поступательный.
Характеризуется скоростью — v (м/с).

б) Движение подачи Ds осуществляется с меньшей скоростью и так же может передаваться и заготовке и инструменту. Характер движения: вращательный, круговой, поступательный, прерывистый. Виды подач:

• подача на ход, на двойной ход Sx. (мм/ход), Sдв.х. (мм/дв.ход);
• подача на зуб Sz (мм/зуб);
• подача на оборот So (мм/оборот);
• минутная подача Sm (мм/мин).

2) Вспомогательные движения — способствуют осуществлению процесса резания, но не участвуют в нём непосредственно. Виды вспомогательных движений:

• наладка станка;
• задача режимов резания;
• установка ограничителей хода в соответствии с размерами и конфигурациями заготовок;
• управление станком в процессе работы;
• установка заготовки, снятие готовой детали;
• установка и смена инструмента и прочие.

Принцип работы ленточнопильных станков

Основной принцип работы ленточнопильных станков заключается в распиливании заготовок с помощью непрерывно двигающейся замкнутой стальной ленточной пилы.

Благодаря такому принципу, ленточнопильные станки имеют ряд преимуществ:

1. Резка выполнятся быстро, точно и чисто.
2. В работу берутся различные по твердости материалы, включая и особо прочные металлы.
3. Аппараты хорошо справляются с заготовками повышенной толщины.
4. Оборудование позволяет выполнять ряд достаточно сложных видов распиловки, включая и криволинейное пиление.
5. Движение полотна в станках осуществляется в сторону рабочего стола, поэтому отдача и выброс заготовки в сторону оператора исключается.
6. Пропил выполняется очень узкий, поэтому опилок здесь мало, чем достигается экономия изначального материала.
7. Многие ленточнопильные станки дешевле циркулярного оборудования, обладающего аналогичными функциями.
8. Агрегаты довольно компакты, для работы им нужна небольшая площадь. Существуют и настольные варианты.
9. При выполнении операций станки издаю мало шума, что позволяет использовать их в мастерских, находящихся, например, рядом с жилыми домами.

Технические характеристики

Среди основных технических параметров следует выделить расположение: оборудование может быть настольным или напольным. Последний вариант применяется для обработки массивных деталей. Такие устройства дополняются электрическим двигателем высокой мощности, который способен делать раскрой заготовок с внушительной толщиной стенок.

Если же речь идет о настольной модели, то она отличается мобильностью, что позволяет эксплуатировать станок на строительных площадках и в «полевых» условиях. Отрезной станок по металлу обладает основными техническими характеристиками, среди которых:

• номинальная мощность;
• число оборотов;
• тип передачи вращающего момента;
• посадочный и наружный;
• диаметр отрезного диска;
• возможность поворота отрезного блока;
• допустимые размеры сечения заготовок;
• вес и размеры конструкции.

Выбирая большие установки, которым свойственен высокий показатель производительности, важно обратить внимание на тип блока ЧПУ. К его характеристикам следует отнести сложность составления программы, степень автоматизации работы и точность проведения раскроя. Для крепления заготовки на рабочем столе наиболее часто применяются встроенные тиски

Их особенности влияют на допустимые размеры обрабатываемой детали из металла

Для крепления заготовки на рабочем столе наиболее часто применяются встроенные тиски. Их особенности влияют на допустимые размеры обрабатываемой детали из металла.

Особый вид техники

Отдельного внимания заслуживают металлообрабатывающие станки с ЧПУ, отличающиеся эффективностью. Их основная функция заключается в автоматическом и при этом очень точном управлении движением элементов. Такое оборудование оснащено специальными моторами, которые четко исполняют команды определенной программы.

В условиях обычной эксплуатации один такой экземпляр способен заменить 2-6 единиц техники универсального типа. При использовании устройств существенно сокращается не только период подготовки производства, но и протяженность цикла изготовления изделий. Основное преимущество, которым обладает металлообрабатывающий станок такого типа, заключается в высочайшем уровне автоматизации. Случаи вмешательства оператора здесь сведены к минимуму. Многие модели оборудования способны функционировать полностью в автономном режиме.

Другим преимуществом станка является очень высокая точность изготовления элементов. Управляющая программа, отлаженная всего один раз, способна воспроизводить множество идентичных деталей. При этом она может быть использована много раз, независимо от заданных промежутков времени. Однако такие станки оправдано применять в тех случаях, когда обработка ведется большими партиями. Обычно они себя окупают при эксплуатации в режиме работы по 2-3 смены.