История появления и модернизации токарных станков

Основные этапы эволюции токарного станка

На первых порах токарь не мог работать в одиночку, ведь ему необходимо было держать в руках резец. Крутящий момент механизму обеспечивали помощники, приводя его в действие руками. Чуть позже этот процесс несколько механизировался. Например, вал обматывался веревкой, концы которой крепились к изогнутому пруту, что напоминало лук.

Перемещением его, подобным движениям при пользовании пилой, обеспечивалось попеременное вращение вала туда-обратно. Необходимость в помощниках отпала с изобретением ножного привода станка, а своего апогея такой способ достиг в средние века прошлого тысячелетия, с появлением педали и шатуна, что позволило создать одностороннее вращение вала (принцип этот применялся потом в механических швейных машинках с ножным приводом)

Далее процесс совершенствования станка проходил в исторических масштабах довольно медленно, пока ближе к 14 столетию не получил существенный импульс в виде применения колеса водяных мельниц, которое догадались использовать и для станочного привода. Резко возросшая скорость вращения вала заметно упростила работу токаря, и теперь могла позволить обрабатывать даже металл. И это, в свою очередь, вызвало острую необходимость усовершенствовать сам станок: способы крепления детали, резца.

Хронология дальнейшей модернизации:

1. Русским инженером Андреем Нартовым изобретен токарный способ промышленной нарезки резьбы на болты, что стало возможным благодаря прочной фиксации резца и появившейся в связи с этим возможности его свободного линейного перемещения.
2. Во Франции Ж.Вокансоном создается уже почти универсальный станок, имеющий массивную железную станину и медный суппорт, перемещаемый как параллельно, так и перпендикулярно детали.
3. Генри Модсли совершенствует токарный станок до конструкции, привычной всем и сегодня. Начато внедрение стандартизации болтов и гаек.
4. Д. Витвортом изобретен способ автоматической подачи в поперечном направлении, связанным с механизмом подачи продольной.
5. С.Фитчер разрабатывает револьверный станок с восемью резцами в головке, благодаря чему появилась возможность их быстрой смены во время работы, что существенно повысило производительность.
6. Хр. Спенсер создает первый универсальный токарный станок-автомат.

Двадцатый век привнес в конструкцию токарного станка множество модернизаций, но приоритетным направлением его совершенствования теперь стало достижение максимальной автоматизации работы. Итогом этого процесса, его вершиной на сегодняшний день можно назвать станок с числовым программным управлением.

Сохраняя точностью и высокую производительность, он делает не обязательным участие оператора в рабочем процессе. А если потребуется ремонт станков с ЧПУ , в большинстве случаев достаточно будет привлечения квалифицированного специалиста, способного отрегулировать установленное программное обеспечение.

Части токарного станка начала века

Части токарного станка. Смотреть в увеличенном масштабе

• A. Станина;
• B. Передняя бабка;
• С. 3адняя бабка;
• D. Суппорт;
• D—1. Салазки
• D—2. Передняя доска (передник, фартук) суппорта;
• Е. Механизм подачи и винторезный механизм;
• F. Принадлежности токарного станка.

1. Направляющие (призматические);
2. Главный (рабочий) шпиндель. Изготовлен из тигельной стали и отшлифован до точного размера. Ось вращения шпинделя определяет линию центров токарного станка;
3. Вращающийся центр. Вращается вместе с шпинделем и образует упор для обрабатываемого изделия;
4. Поводковый патрон для передачи вращения изделию;
5. Рукоятка перебора. При повороте на себя вводит в зацепление перебор, при повороте от себя — расцепляет его;
6. Замыкающий штифт (болт) выдвигается при включении перебора, вдвигается — при включении его;
7. Рукоятка двухскоростной коробки скоростей. При повороте вправо — скорости выше, при повороте влево — скорости ниже;
8. Маховичок на валу мотора для вращения шпинделя вручную;
9. Прижимной болт задней бабки;
10. Неподвижный (задний) центр. Гладко обточен и закален; не вращается и представляет опору для обрабатываемого изделия;
11. Шпиндель задней бабки;
12. Резервуар для масла, которое служит для смазки неподвижного центра;
13. Рукоятка шпинделя задней бабки, служащая для закрепления его на месте;
14. Маховичок шпинделя задней бабки, для вращения винта шпинделя задней бабки, передающего движение шпинделю;
15. Винт для установки задней бабки на салазках;
16. Салазки задней бабки. Допускают небольшое поперечное перемещение по основной доске задней бабки. Устанавливаются посредством винта (15);
17. Основная доска (основание) задней бабки;
18. Поперечные салазки. Движутся в направлении, перпендикулярном к линии центров станка. Перемещение их производится вручную или самоходом (поперечная подача);
19. Рукоятка (винта) поперечной подачи с снабженной делениями втулкой. Каждое деление соответствует обычно перемещению в 0,025 мм или 0,001″ поперечных салазок;
20. Резцедержатель («Солдатик»);
21. Кольцо и шаровая подкладка резцедержателя;
22. Поворотная часть суппорта. На рисунке изображен крестовый суппорт с разделенной на градусы основной доской, которая может быть повернута около вертикальной оси в любое положение относительно поперечных салазок;
23. Рукоятка винта верхних салазок;
24. Прижимной болт для закрепления суппорта на направляющих станины. Применяется при лобовой обточке изделий большого диаметра;
25. Маховичок для продольной подачи суппорта вручную;
26. Кнопка для включения шестерни подач;
27. Кнопка продольной подачи;
28. Кнопка поперечной подачи;
29. Рукоятка маточной гайки;
30. Маховичок для пуска и выключения электромотора;
31. Рукоятка трензеля для изменения направления самоходов, а также вращения. При среднем положении ее подача выключена;
32. Ведущий шкив подачи;
33. Ведомый шкив подачи;
34. Передаточная шестеренка, свободно сидящая на оси;
35. Промежуточная (паразитная) шестерня;
36. Шестерня, заклиненная на ходовом винте;
37. Коробка скоростей для изменения подачи (на 3 скорости);
38. Рукоятка перемени скоростей подачи (три положения ее отвечают трем разным скоростям вращения ходового валика или ходового винта);
39. Зубчатая передача к ходовому валику;
40. Кулачная сцепная муфта для передачи движения ходовому винту;
41. Рукоятка муфты для передачи движения ходовому винту или валику. При повороте вправо муфта (40) сцепляется и приводит в движение ходовой винт; при повороте влево через перебор (39) включает ходовой валик. При среднем положении выключены и не вращаются ни ходовой винт, ни ходовой валик;
42. Ходовой валик;
43. Зубчатая рейка механизма подачи;
44. Ходовой винт для подачи суппорта только при нарезке винтовой резьбы;
45. Переставной останов для регулирования длины продольного самохода;
46. Останов, применяемый при нарезании резьбы;
47. Планшайба;
48. Неподвижный люнет;
49. Подвижной люнет;
50. Сменные шестерни;
51. Токарный патрон (4-кулачковый);
52. Сверлильный патрон.

Задняя бабка

Задняя бабка (фиг. 43) состоит из следующих частей: шпиндель; корпус, в котором высверлена полость для шпинделя; основная доска с внутренними направляющими; винт с насаженным на наружном конце его ручным маховичком для перемещения шпинделя; приспособление для зажима шпинделя; зажимные болты для закрепления задней бабки на станине.

Главное назначение задней бабки — служить опорой таких изделий, которые обтачиваются на центрах. Чтобы можно было устанавливать между центрами станка изделия разной длины, заднюю бабку делают передвижной вдоль внутренних направляющих станины, причем она может быть неподвижно закреплена в любом положении.

Шпиндель задней бабки тщательно пригнан к охватывающей его втулке корпуса и нормально (т.-е. при цилиндрической обточке) ось его лежит на одной прямой с осью рабочего шпинделя. В вертикальном направлении шпиндель задней бабки перемещаться не может. В направлении же поперечном 1) весь корпус задней бабки, вместе с шпинделем, может быть сдвигаем: при вращении установочных винтов А (второй аналогичный винт расположен с другой стороны задней бабки) бабка перемещается поперек станины, по направлению к токарю или от него.

Шпиндель удерживается от вращения в втулке задней бабки посредством шпонки, идущей вдоль шпинделя, примерно на 2/з его длины. Благодаря этому, он может свободно скользить вдоль втулки, но не может вращаться внутри нее. Шпиндель делается пустотелым. С переднего конца он расточен на конус, который несет неподвижный центр.

В другой конец его, расточенный цилиндрически, вставлена бронзовая гайка N. При вращении маховичка (14) винт S свободно вращается в крышке С корпуса бабки. От поступательного движения винт удерживается с одной стороны маховичком, с другой — заплечиком.

Для того, чтобы вынуть центр из шпинделя задней бабки, надо вращать маховичок так, чтобы шпиндель уходил назад, до тех пор, пока конец винта не упрется в центр. При дальнейшем вращении маховичка винт вытолкнет центр из шпинделя.

Если шпиндель вышел из корпуса настолько, что соскочил с винта, то прежде, чем начать затягивать шпиндель винтом в обратную сторону, надо убедиться в том, что шпоночная канавка приходится точно против шпонки.

Не следует подавать шпиндель слишком далеко назад, иначе он окажется прижатым к заплечику и может защемиться.

Зубчатые передачи передника суппорта (фартука)

https://www.youtube.com/watch?v=_3UYUMTqYzc

Устройство зубчатых передач, расположенных в переднике суппорта и сообщающих суппорту продольную или поперечную подачу от вращающегося ходового валика, изображено на фиг. 54. Шестерня 7 сцепляется с зубчатой рейкой (43 на фиг. 15) и при вращении сообщает суппорту движение вдоль направляющих станины (продольная подача).

Зубчатка 10 находится в зацеплении с шестеренкой, заклиненной на винте поперечной подачи и при вращении сообщает верхним салазкам поперечную подачу. Остальные зубчатые колеса механизма передника служат для того, чтобы передавать движение от ходового валика либо шестерне продольной подачи 7, либо шестерне поперечной подачи 10. Эта передача происходит следующим образом.

Вдоль всего ходового валика прорезана шпоночная канавка. Коническая шестерня 1 сидит на длинной шпонке, помещенной в этой канавке. При движении суппорта вдоль направляющих станка шестерня 1 свободно скользит вдоль ходового валика, но при вращении последнего вращается вместе с ним, благодаря соединению шпонкой.

Таким образом, от ходового валика движение передается конической шестерне 1. Вращение ее передается конической зубчатке 2. Маленькая цилиндрическая шестерня 3, показанная пунктиром и скрепленная с зубчаткой 2, сцепляется с шестерней 4, которая в свою очередь сцепляется с колесом 9.

Чтобы получить продольный самоход, поворачивают кнопку а, зажимающую фрикцион между шестернями 4 и 5 (последняя показана на чертеже пунктиром), что заставляет шестерню 5 вращаться вместе с 4. Шестерня 5 сцепляется с зубчаткой 6, а с последней одновременно вращается и шестеренка 7 продольной подачи, которая, как сказано выше, и производит перемещение нижних салазок суппорта вдоль направляющих станины.

Поперечный самоход включается кнопкой b, которая зажимает фрикционное сцепление между шестернями 9 и 10. Шестерня 10 находится в зацеплении с шестеренкой на винте поперечной подачи.

Ручной маховичок с вращает шестерню 8, которая сцеплена с зубчаткой 6. Следовательно, вращением маховичка сообщается движение зубчатым колесам 8, 6 и 7, то есть производится продольное перемещение суппорта.

Половинки 11 и 12 маточной гайки (фиг. 55) сдвигаются и раздвигаются при повороте рукоятки d, расположенной снаружи передника. Рукоятка d скреплена с диском, в котором прорезаны эксцентричные канавки 13 и 14. Шпильки 15 и 16 половинок гайки входят в эти канавки, так что при повороте диска в направлении, показанном стрелкой, обе половинки сходятся в притык, плотно охватывая при этом ходовой винт, при повороте же рукоятки d в обратную сторону—маточная гайка раскрывается и освобождает ходовой винт.

1. Загорский Ф.Н. Очерки по истории металлорежущих станков до середины XIX века, Академия наук СССР, 1960, Ленинград

2. Генри Д. Бэргард Слесарное дело. Токарные станки, Книга, 1930, Москва. (Henry D. Burghardt: Machine Tool Operation, Part I: The Lathe; Bench Work and Work at the Forge, New York: McGraw-Hill Book Co.; London: Hill Pub. Co., 1919) (Книга переиздана в 2022 году издательством Andesite Press)

История токарного станка

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.

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.

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.

Коробка скоростей подачи (коробка нортона)

https://www.youtube.com/watch?v=ZBrBLcCEXhA

Вместо только что описанного механизма, требующего для изменения скорости подачи смены соответственно подобранных шестерен, многие современные станки снабжаются т. наз. коробкой скоростей подачи или коробкой Нортона. Эта коробка позволяет изменять подачу, что особенно важно в случае нарезки винтов, без замены шестерен в механизме подачи, простым переводом одной или нескольких рукояток из одного положения в другое. На фиг.

53 изображена схема механизма скоростей подачи станка завода Хенди. Вдоль ходового винта профрезерована шпоночная канавка, благодаря чему он производит подачу как при нарезке винтов, так и при простой обточке. Следовательно, надобность в ходовом валике отпадает.

Поворотом двух рукояток получается 36 разных скоростей подач. Одна рукоятка переводит шестерню В, сидящую на длинной шпонке валика М, вдоль этого валика, таким образом, что шестерня В оказывается напротив одной из шестерен коробки скоростей подачи А (отдельно показанной на фиг. 53 справа), заклиненных на ходовом винте.

Одновременно рукоятка поднимает промежуточную шестерню (не показанную на схеме), которая находится в постоянном зацеплении с В, и которая, будучи поднята в такое положение, что сцепляется с одной из шестерен коробки A, передает движение от В этой последней шестерне.

Все шестерни коробки скоростей подачи (на чертеже их всего двенадцать) заклинены, как уже сказано, на ходовом винте. Описанное устройство позволяет получать при данной скорости валика М двенадцать различных скоростей подачи, так как в коробке А двенадцать шестерен разных диаметров.

Валику М можно сообщить три различных скорости при помощи второй рукоятки, которая переводит систему зубчатых колес L, К и Н в одно из трех положений, показанных на чертеже. Следовательно, такое устройство дает для каждой скорости рабочего шпинделя 3 X 12, т.- е. 36 разных скоростей подачи, а при пользовании маточной гайкой — 36 винтовых нарезок с различным числом ниток на 1″.

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).

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.

Правила техники безопасности

Работая даже на простейшем школьном агрегате токарной группы, необходимо строго соблюдать требования безопасности, которые заключаются в следующем.

• Вся специальная одежда оператора должна быть застегнута на все пуговицы.
• Перед тем как приступить к работе, необходимо выполнить технический осмотр устройства, в процессе которого могут быть выявлены отдельные неисправности в его функционировании. При обнаружении таких неисправностей, если оператор не может их оперативно устранить своими руками, необходимо вызвать техника (или наладчика), который и займется этим вопросом.
• Выполнять все технологические операции на токарном станке следует только по техническому заданию, для чего необходимо предварительно получить у мастера чертеж или подробный технологический процесс обработки.

Оператору станка, в том числе и оснащенного системой ЧПУ, категорически запрещается:

• приступать к работе, если в данный момент производится наладка или обслуживание устройства;
• работать на станке, если его центры подверглись значительному износу;
• использовать в процессе обработки инструменты и зажимные элементы, которые имеют даже малейшие признаки неисправности;
• самостоятельно устранять неисправности, связанные с электрической системой оборудования;
• отдаляться от станка, который находится во включенном состоянии, а также перепоручать управление им посторонним лицам.

В том случае, если при предварительном осмотре были обнаружены неисправности ограждающих элементов оборудования, ни в коем случае нельзя приступать к обработке заготовок с его использованием.

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.

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.

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.

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.

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.

https://www.youtube.com/watch?v=SNAKlrlLhR8

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.