Токарно-карусельный станок: виды, характеристики

Автомат продольного точения

Автоматы продольного точения используют при изготовлении мелких серийных деталей из холоднотянутого, калиброванного прутка, фасонного профиля и свёрнутой в бунт проволоки.

Автомат может выполнять точение различных материалов — от меди до легированных сталей.

https://www.youtube.com/watch?v=ougw705-mQU

Преимущественно автоматы продольного точения применяются в крупном и массовом производстве, но могут быть также использованы в серийном производстве при проектировании и изготовлении необходимой оснастки для выпуска специальных групп деталей с максимально возможным использованием одного и того же комплекта кулачков, зажимных и подающих цанг, державок и инструментов.

Устройство токарного автомата с неподвижной шпиндельной бабкой следующее. На верхней плоскости станины закреплена шпиндельная бабка. На её передней плоскости имеется платик для установки специальных приспособлений. На задней плоскости бабки имеется качающийся упор, а на верхней — вертикальный суппорт.

На верхней плоскости станины находятся также приводы приспособлений, привод шпинделя, либо револьверной головки, приводы поперечных суппортов. Вместо токарного патрона в автомате продольного точения используется цанговый. Такое решение обусловлено малыми размерами обрабатываемой детали. При этом для автоматов продольного точения применяют специальные цанги.

Токарный автомат с подвижной шпиндельной бабкой называется автоматом «швейцарского типа» («Swiss type»).

Управление автоматом происходит через систему кулачков и распределительных валов, смонтированных в станине автомата. Также возможна установка систем ЧПУ с приводами подач и приводного инструмента.

Различают одношпиндельные и револьверные автоматы продольного точения. В отличие от одношпиндельных, револьверные автоматы могут выполнять одновременно несколько различных операций точения для различных деталей, зафиксированных в револьверном шпинделе автомата.

История создания

Токарный станок в школьной мастерскойТокарный станок — древний инструмент. Самое раннее свидетельство о токарном станке восходит к Древнему Египту около 1300 года до нашей эры[1]. Есть также незначительные доказательства его существования в микенской цивилизации, начиная с 13-го или 14-го века до нашей эры[2].

Четкие свидетельства изготовленных на станке артефактов были обнаружены в 6 веке до нашей эры: фрагменты деревянной чаши в этрусской гробнице в Северной Италии, а также две плоские деревянные тарелки с декоративными изготовленными на станке ободами в современной Турции[3].

В период враждующих государств в Китае, около 400 г. до н. э., древние китайцы использовали токарные станки для заточки инструментов и оружия в промышленных масштабах[4].

Первая известная картина, на которой изображен токарный станок, датируется 3 веком до нашей эры в Древнем Египте[5].

Токарный станок был очень важен для промышленной революции. Он известен как «мать станков», поскольку это был первый станок, который привел к изобретению других станков[6].

В 1717 году «придворный токарь Его Величества Император Петра Великого» Андрей Константинович Нартов впервые изобрёл токарно-винторезный станок с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колёс[7]. В токарных станках той эпохи резец зажимался в особом держателе, который перемещали вручную, прижимая к обрабатываемому предмету.

Качество зависело только от точности рук мастера, тем более, что в то время токарные станки уже применялись для обработки металлических, а не деревянных изделий. Нарезать резьбу на болты, наносить сложные узоры на обрабатываемый предмет, изготовить зубчатые колеса с мелкими зубчиками мог только очень искусный мастер.

В своем станке Нартов не просто закрепил резец, но и применил следующую схему: копировальный палец и суппорт приводились в движение одним ходовым винтом, но с разным шагом нарезки под резцом и под копиром. Таким образом было обеспечено автоматическое перемещение суппорта вдоль оси обрабатываемой заготовки.

Станок позволял вытачивать сложнейшие рисунки почти на любых поверхностях. Как это ни парадоксально, невзирая на все дальнейшие усовершенствования придуманного Нартовым механизированного суппорта, принцип его действия остался таким же и в наше время[8]. Первые токарные станки Нартова хранятся в коллекции Эрмитажа, как шедевры инженерного искусства XVIII в[9].

Первый полностью задокументированный токарный цельнометаллический токарный станок был изобретен Жаком де Вокансоном около 1751 года. Он был описан в «Энциклопедии».

Важным ранним токарным станком в Великобритании был горизонтальный сверлильный станок, который был установлен в 1772 году в Королевском Арсенале[en] в Вулвиче. Он работал на лошадиной тяге и позволял производить гораздо более точные и мощные пушки, которые с успехом использовались в американской войне за независимость в конце 18-го века.

Одной из ключевых характеристик этого станка было то, что заготовка вращалась в противоположность инструменту, что делало её технически токарным станком. Генри Модслей, который позже много совершенствовал токарные станки, работал в Королевском Арсенале с 1783 года[10].

Подробное описание токарного станка Вокансона было опубликовано за десятилетия до того, как Модслей усовершенствовал свою версию. Вполне вероятно, что Модсли не знал о работе Вокансона, поскольку в его первых версиях упора для скольжения было много ошибок, которых не было в токарном станке Вокансона.

Во время промышленной революции механизированная энергия, генерируемая водяными колесами или паровыми двигателями, передавалась на токарный станок посредством линейного вала, что позволяло быстрее и легче работать. Металлообрабатывающие токарные станки превратились в более тяжелые станки с более толстыми и жесткими деталями.

Между концом 19 и серединой 20 веков отдельные электродвигатели на каждом токарном станке заменили линейный вал в качестве источника энергии. Начиная с 1950-х годов сервомеханизмы применялись для управления токарными станками и другими станками с помощью числового управления, которое часто сочеталось с компьютерами для создания числового программного управления (ЧПУ). Сегодня в обрабатывающей промышленности сосуществуют токарные станки с ручным управлением и ЧПУ.

Классификация токарно-карусельных станков

Существует несколько классификационных признаков, по которым подразделяются токарно-карусельные станки. Рассмотрим основные.

1. По назначению:

2. По количеству точек опирания:

• одностоечные – предназначены для обработки заготовок с максимальным диаметром до 2000мм (рис. 2);

Рисунок 2. Одностоечный токарно-карусельный станок.

• двухстоечные – разрабатываются для обработки деталей с диаметром, превышающим 2000мм (рис. 3).

Рисунок 3. Двухстоечный токарно-карусельный станок.

3. По количеству суппортов:

• с одним суппортом;
• с несколькими суппортами;

4. По типу шпиндельной головки:

• с обычной головкой под один резец;
• с револьверной головкой.

5. По типу управления рабочими движениями:

• с ручным управлением;
• с числовым программным управлением.

Также токарно-карусельные станки различаются по следующим критериям:

• мощность приводных электродвигателей;
• частоты вращения шпинделя и планшайбы;
• максимальная высота заготовки, которую способен обработать станок;
• точность обработки заготовок.

Есть множество мелких групп токарно-карусельных станков, которые изготавливаются под заказ для выполнения определенных узкоспециализированных работ. Например, станки для изготовления опорно-поворотных устройств портальных кранов, работающих в крупных морских портах. В них диаметр заготовки может достигать нескольких десятков метров.

Модели с чпу

Токарно-карусельные станки с ЧПУ не имеют бокового суппорта, так как конструкция суппорта существенно усложняется.

Многие предпочитают изготавливать требуемые детали именно на данном оборудовании по следующим причинам:

1. Блок управления позволяет задавать количество оборотов планшайбы. При этом оператор может задать параметры с высокой точностью.
2. Для работы могут устанавливаться инструменты, режущая кромка которых изготавливается из износостойкой стали. За счет этого можно существенно ускорить процесс резания.
3. Обработка зачастую проводится в автоматическом режиме под управлением компьютера, что существенно упрощает резьбонарезные модели в применении. Ведь во многих случаях именно ошибка, которая допускается оператором, становится причиной возникновения брака.
4. Для применения подобного оборудования достаточно иметь в штате технолога, который должен написать программу под получение определенных деталей.
5. Точность получаемых размеров может быть весьма велика. Станок данной группы может быть расточным или универсальным, предназначен для выполнения других операций.
6. Электросхема современных станков позволяет существенно снизить электрические расходы. Для этого проводится установка электродвигателей с высокой экономичностью и КПД. Как и обычных моделей, на версии с ЧПУ устанавливается несколько электродвигателей, каждый отвечает за выполнение определенных задач.

Токарно-карусельный станок с ЧПУ

В общем можно сказать, что будущее различных производственных отраслей именно за станками с ЧПУ. Они обладают повышенной производительностью, позволяют получать высокоточные детали. При этом размеры конструкции с каждым годом уменьшают, а область обработки закрывают защитным кожухом.

Назначение и конструкция карусельных станков

Основная сложность выполнения токарных работ с большими заготовками заключается в трудоемкости установки их на специальное оборудование, а также осуществление контроля за обработкой. Для решения этой задачи был спроектирован карусельный станок.

Его главным отличием от оборудования этого типа является конструкция и расположение планшайбы. Она имеет горизонтальную ориентацию и одновременно выполняет функции рабочего стола. С помощью фиксирующих элементов заготовка крепится на ее поверхности. Резцедержатель и механизмы суппорта располагаются в верхней части конструкции. Обработка заготовки происходит во время ее вращения в горизонтальной плоскости.

Современный токарно-карусельный станок позволяет выполнять следующие типы операций:

• все виды стандартной токарной обработки;
• операции развертывания;
• точная подрезка торцов;
• формирование каналов кольцевой формы;
• некоторые модели имеют функцию сверления;
• обработка конусных и цилиндрических заготовок.

Для повышения функциональности оборудования многие виды токарно-карусельных станков могут оснащаться дополнительными устройствами. С их помощью выполняются операции долбежки, некоторые типы фрезерования.

Современные модели токарного оборудования имеют в своем составе ЧПУ. Это позволяет повысить скорость и качество токарной обработки. Для точного позиционирования режущего инструмента в конструкцию станка включена система датчиков.

В качестве дополнительного устройства для комплектации производственной линии необходимо использовать механизмы подачи и снятия заготовки с поверхности рабочего стола. Таким образом можно выполнить обработку массивных изделий.

Отечественные модели

Первая установка карусельного типа была выпущена в середине 30-х годов прошлого столетия станкостроительным заводом г. Краснодар. Устройство было спроектировано специалистами этого завода, который еще на протяжении долгого времени являлся ведущим производителем карусельно-токарного оборудования.

Модель 1510 имеет мощный электродвигатель, обеспечивающий главное движение, и обладает высокой жесткостью и прочностью конструкции и кинематической цепи. Большой выбор скорости вращения круглого стола и величин подач дают возможность производить высокоскоростную обработку заготовок в скоростных режимах.

В настоящее время модель не выпускается, поскольку станкостроительные предприятия перешли на изготовление более современных аппаратов, позволяющих работать с современными резцами, имеющие расширяющие возможности агрегата приспособления и производящие обработку на более высоких скоростях.

Модель 1541 является устаревшим аналогом 1516 модели. С выпуском нового агрегата производство его прекратилось. Предназначался для работы с болванками из стали, чугуна и легких сплавов.

На современном производстве по сей день активно эксплуатируются такие одностоечные модели, как 1516 и 1512, которые считаются универсальными, поскольку предназначены для работы с болванками из цветных и черных металлов и могут использоваться как для серийного, так и для мелкосерийного производства.

Популярные зарубежные станки токарно-карусельной группы

На отечественном рынке представлен большой выбор токарно-карусельного оборудования от зарубежных производителей. О наиболее популярных моделях и торговых марках стоит сказать отдельно.

Хорошее соотношение цены и качества демонстрируют станки от китайской компании Dalian Guofeng Machine Tools, в маркировке которых присутствует буква «С».

5231, 5240, 5250, 52630

Данные модели относятся к категории токарно-карусельного оборудования двухстоечного типа, по своим техническим характеристикам они во многом похожи на станки завода им. Г.М. Седина. Эти устройства позволяют с достаточно высокой точностью осуществлять токарную обработку заготовок, характеризующихся как простой, так и сложной конфигурацией.

Dalian Guofeng Machine Tools C5250 — cтанок от китайского производителя

5110, 5116, 5123, 5125, 5131

Это одностоечные модели токарно-карусельного оборудования, мощность которого варьируется от 22 до 45 кВт. На агрегатах данных моделей установлена упрощенная система ЧПУ – цифровая индикация, с помощью которой управление работой токарно-карусельного станка становится более удобным, простым и эффективным.

Если рассматривать более качественное (а значит, и дорогостоящее) токарно-карусельное оборудование от зарубежных производителей, представленное и пользующееся популярностью на отечественном рынке, то стоит отметить продукцию швейцарской компании ENCE GmbH. Данный производитель предлагает оборудование нескольких серий.

Станок Dalian Guofeng Machine Tools C5116

LEN 3000-5000

На оборудовании данных моделей обрабатывают заготовки, диаметр которых находится в интервале 315–500 см. На станках этой серии не устанавливается система ЧПУ, но при необходимости оснастить их такой системой можно очень оперативно. Двухступенчатый привод, реализующий главное движение, оснащается электродвигателем, частоту вращения вала которого можно изменять по 16 ступеням.

LEN 1250-2000

Как понятно из обозначения, на этих устройствах обработке подвергают детали с диаметром 125–200 см. Агрегаты этой серии оснащены роликовыми направляющими, в подвижные узлы которых установлены высокоточные подшипники качения. Вертикальный и четырехпозиционный суппорты данных токарно-карусельных станков гидравлически сбалансированы, что повышает точность обработки.

SEN 1000-1800

Это токарно-карусельное оборудование, оснащенное системами ЧПУ, от компаний Siemens Fanuc. Среди важных конструктивных особенностей оборудования данной серии стоит выделить сервомотор с коробкой передач ZF (Германия) и термически симметричный рабочий стол.

Говоря о специализированном токарно-карусельном оборудовании от западных производителей, представленном на отечественном рынке, нельзя не упомянуть станки с числовым программным управлением, выпускаемые под торговыми марками VWEN и SENQ. На таких устройствах можно обрабатывать заготовки не только из черных и цветных металлов, но и из сплавов, содержащих в своем составе керамику и фарфор. Диаметр деталей, с которыми работают на этих токарно-карусельных станках, доходит до 10 м.

Токарно-винторезный станок

Замер обрабатываемой на токарном станке детали Сетчатое (накатанное) рифление на цилиндрической детали

Токарно-винторезный станок предназначен для выполнения разнообразных токарных работ по чёрным и цветным металлам, включая точение конусов, нарезание метрической, модульной, дюймовой и питчевых резьб.

Токарно-винторезные станки являются наиболее универсальными станками токарной группы и используются главным образом в условиях единичного и мелкосерийного производства. Конструктивная компоновка станков практически однотипна. Основными узлами принятого в качестве примера станка 16К20 являются:

• станина, на которой монтируются все механизмы станка;
• передняя (шпиндельная) бабка, в которой размещаются коробка скоростей, шпиндель и другие элементы;
• коробка подач, передающая с необходимым соотношением движение от шпинделя к суппорту (с помощью ходового винта при нарезании резьбы или ходового валика при обработке других поверхностей);
• фартук, в котором преобразуется вращение винта или валика в поступательное движение суппорта с инструментом;
• задняя бабка, которая предназначена для поддержания второго конца изделия и придания ему определённого положения при обработке в центрах. Также задняя бабка используется для установки в ней различных режущих инструментов (сверл, зенкеров, разверток), посредством которых производится соответствующая обработка изделия;
• суппорт служит для закрепления режущего инструмента и сообщения ему движений подачи.

Суппорт состоит из нижних салазок (каретки), перемещающихся по направляющим станины. По направляющим нижних салазок перемещаются в направлении, перпендикулярном к линии центров, поперечные салазки, на которых располагается резцовая каретка с резцедержателями. Резцовая каретка смонтирована на поворотной части, которую можно устанавливать под углом к линии центров станка.

Основными параметрами станков являются наибольший диаметр обрабатываемой детали над станиной и наибольшее расстояние между центрами. Важным размером станка является также наибольший диаметр заготовки, обрабатываемой над поперечными салазками суппорта.

Устройство карусельного станка

Установки карусельного типа состоят из таких конструктивных элементов:

• станина;
• стойка (одна или две в зависимости от диаметра планшайбы);
• планшайба;
• траверса;
• вертикальный револьверный резцедержатель;
• боковой резцедержатель;
• привод главного движения;
• привод подачи.

Кинематическая схема состоит из таких цепей движения: скоростной, подачи вертикального резцедержателя, подачи бокового резцедержателя и установочного передвижения траверсы и резцедержателей.

Рабочий стол, с размещенной на нем планшайбой, является основным составляющим конструкции агрегата и служит для установки обрабатываемой болванки. Плоскость стола расположена горизонтально, благодаря чему процесс установки и выверка болванки большого веса значительно облегчается.

При всем многообразии моделей карусельные установки делятся на два типа: одностоечные и двухстоечные. Установки, имеющие одну стойку, могут быть как с числовым ПУ, так и управляться вручную, и применяются для обработки болванками, чье сечение не превышает 1500 мм. Более крупные болванки (сечением от 1650 см) обрабатываются на устройствах с двумя стойками.

Стойки скрепляются друг с другом порталом. На вертикально размещенной станине имеются две направляющие, служащие для перемещения траверсы с двумя зафиксированными резцедержателями – расточным и револьверным. Резцедержатели движутся по направляющим траверсы, расположенным горизонтально.

Расточный резцедержатель состоит продольных салазок, с размещенным на них поворотным устройством, ползуна и устройства для фиксации резцов. Расточным резцедержателем производится обработка конусов, растачивание отверстий и прорезка канавок.

Револьверный резцедержатель оснащен возможностью передвигаться по вертикали и по горизонтали, благодаря продольным салазкам и вертикальному ползуну. Револьверная головка устанавливается на ползун, а в ее отверстиях фиксируются резцы, благодаря чему производится обработка торцов, высверливание и прочие виды работ.

На одностоечных агрегатах ставится боковой резцедержатель, состоящий из осевых салазок, ползуна и устройства фиксации резцов. Передвигается в вертикальной и горизонтальной плоскостях автоматически или вручную.

Резцедержатель, связанный с револьверной головкой, движется по направляющим поперечины автоматическим способом и в горизонтальном направлении вручную. Болванка может одновременно обрабатываться револьверным и боковым суппортами с установленными на них несколькими видами режущих инструментов одновременно. Данная возможность значительно повышает функциональность оборудования.

Характеристики и особенности

Станки карусельного типа отличаются следующими характерными особенностями:

1. Мощность.
2. Число скоростей и скорость вращения.
3. Величина наклона ползуна вертикального резцедержателя.
4. Наибольшая величина передвижения резцедержателей по горизонтали и по вертикали.
5. Наибольшие габариты обрабатываемой болванки.
6. Наибольшая величина передвижения траверсы (для устройств с двумя стойками).
7. Сечение планшайбы.

Высокая скорость работы, присущая установкам карусельного типа, достигается благодаря минимальным консольным нагрузкам, приходящимся на главный вал и болванку, поскольку планшайба монтируется на стол особым образом.

Главным движением карусельных установок считается вращение болванки, зафиксированной в планшайбе, а движением подачи – ход резцедержателей. Движение поперечины, подводящей резцы к детали, считается дополнительным движением.

Устройства с двумя стойками используются для работы с болванками, чье сечение 1650-2500 см. Агрегаты с одной стойкой используются для работы с болванками меньшего сечения. ЧПУ обычно оснащаются установки с одной стойкой, благодаря чему становится доступной обработка заготовок сложной формы, имеющих прямо- и криволинейные образующие.

Характерной особенностью установок с ЧПУ является отсутствие бокового резцедержателя – управление приводом главного движения и резцедержателем осуществляется автоматически, согласно преждевременно введенной в ЧПУ. Программа управления отвечает за осуществление таких операций:

• выбор требуемой скорости вращения и ее установка;
• разворот и фиксация револьверной головки в необходимое положение;
• корректировка совершаемых подач и положения приспособлений для работы;
• установка резцов в нулевое положение;
• управление перемещением инструментов на верхнем резцедержателе.