Устройство токарных станков для работы с металлом

Токарно-винторезный станок предназначен для обработки цилиндрических, сферических, конусных тел или торцевых плоскостей, не имеющих оси вращения, а также для создания разного рода винтовых поверхностей (резьб).

Также на токарных станках могут выполняться другие работы, которые не связаны с обработкой металлов резанием или созданием резьб. При наличии дополнительного оборудования можно производить гибочные, вальцовочные, шлифовальные, полировальные и многие другие операции.

Станина

Основной неподвижной частью станка является станина, состоящая из 2 вертикальных рёбер. Между ними находятся несколько поперечных перекладин, обеспечивающих жёсткость и неколебимость статора.

Станина

Станина располагается на ножках, их количество зависит от длины станины. Конструкция ножек-тумб такова, что в них могут храниться необходимые для работы станка инструменты.

Верхние поперечные рейки станины служат направляющими для передвижения по ним суппорта и задней бабки. Сравнивая схемы станков, легко заметить, что в некоторых конструкциях используются направляющие 2 видов:

• призматические для перемещения суппорта;
• плоская направляющая для хода задней бабки. В очень редких случаях её заменяет призматического типа.

Задняя бабка

Задняя бабка входит в стандартную комплектацию любого токарного станка, производимого Тверским станкостроительным заводом.

Устройство задней бабки токарного станка

Упорная бабка состоит из плиты (основания, опирающегося на направляющие станины), корпуса, пиноли, штурвала перемещения пиноли) и рукояток фиксации пиноли и задней бабки. В левом торце пиноли имеется коническое отверстие, служащее для установки и фиксации приспособлений и инструмента.

Задняя бабка станка чаще всего перемещается вручную оператором. На некоторых моделях станков может присоединяться к суппорту и совместно перемещаться вдоль оси Z к месту зажима.

Пиноль задней бабки выдвигается и отводится, перемещением маховика. Возможна установка гидравлического или электро-механического устройства выдвижения

Для регулировки соосности оси шпинделя и оси пиноли задней бабки при обработке заготовок применяют поперечное смещение оси задней бабки (к оператору или от оператора).

В токарных обрабатывающих центрах задняя бабка может иметь управляемое от ЧПУ перемещение (ось W). Также возможно замена пиноли на противошпиндель.

Настройка и регулировка

Регулировка задней бабки токарного станка выполнена на заводе изготовителе. Дополнительная регулировка требуется при ухудшении точности станка. Заключается она в установке минимальных зазоров в передних и задних подшипниках пиноли (модели с вращающейся пинолью), компенсации люфта между опорными поверхностями упорной бабки и направляющими станины, исключению смещения относительно оси шпинделя.

Фиксация задней бабки станка к направляющим осуществляется при зажиме гаек 2, пиноль 1 фиксируется рычагом 5. Перемещение пиноли происходит при вращении штурвала 4. Для облегчения позиционирования задней бабки по направляющим станины может использоваться система разгрузки или механизм 3, при ослаблении болтов крепления 2 задняя бабка перемещается в направлении противоположном направлению вращения рукоятки механизма 3. В корпусе пиноли расположена масленка для выполнения ручной смазки. Регулировка оси пиноли в горизонтальной плоскости производится с помощью установочного винта (под штурвалом пиноли) и двух винтов А.

Геометрическую соосность передней и задней бабок проверяют, зажимая поверочную скалку (диаметр и длина зависит от РМЦ станка) в неподвижных центрах бабок токарного станка. Стойка с индикатором часового типа, установленная на суппорт или револьверную головку, перемещается вдоль осевой линии заготовки в вертикальной и горизонтальной плоскости. После проверки и при необходимости производится настройка задней бабки.

Передняя бабка

Детали, расположенные в передней бабке служат для поддержки и вращения заготовки, во время её обработки. Здесь же находятся узлы, регулирующие скорость вращения детали. К ним относятся:

• шпиндель;
• 2 подшипника;
• шкив;
• коробка скоростей, отвечающая за регулировку скорости вращения.

Передняя бабка отдельно от станка

Основная деталь передней бабки в устройстве токарного станка – шпиндель. С правой его стороны, обращённой в сторону задней бабки, есть резьба. К ней крепится патроны, удерживающие обрабатываемую деталь. Сам шпиндель устанавливается на два подшипника. Точность работ, выполняемых на станке, зависит от состояния шпиндельного узла.

Коробка скоростей вид сверху

В передней бабке находится гитара сменных шестерен, которая предназначается для передачи вращения и крутящего момента с выходного вала коробки скоростей на вал коробки подач для нарезания различных резьб. Наладка подачи суппорта осуществляется путем подбора и перестановки различных зубчатых колес.

Гитара сменных шестерен токарного станка Optimum

Гитара советского токарного станка по металлу

Техническое обслуживание

Конструкция и принцип работы

Рассмотрим устройство стандартного токарно-винторезного станка на примере распространенной модели 16К20 (рис. 1).

Рисунок 1. Токарно-винторезный станок 16К20.

Рисунок 1. Токарно-винторезный станок 16К20.

Данный токарно-винторезный станок является типовым и идеально подходит для рассмотрения устройства и принципа работы всех станков этой группы.

Основанием, на котором закреплены все узлы станка, является станина (1). Она имеет две тумбы по краям и центральную плиту. На станках небольших размеров плита станины выполняется как одно целое. На крупногабаритных станина составная.

Передняя бабка (9), которую иногда называют шпиндельной бабкой, расположена в передней части токарно-винторезного станка. Задняя бабка (19) расположена с противоположной стороны.

Фартук (30) расположен в центральной части станка. Он предназначен для перемещения суппорта (рис. 2). Двигается фартук по направляющим салазкам (33), расположенным параллельно оси вращения шпинделя.

Рисунок 2. Суппорт токарно-винторезного станка.

Рисунок 2. Суппорт токарно-винторезного станка.

На фартуке установлен суппорт продольного перемещения (22), который перемещается на собственных продольных салазках (16). Также суппорт имеет поперечные салазки, на которых он может двигаться перпендикулярно оси вращения детали, закрепленной в патроне.

Коробка подач (4) и передняя бабка с главным приводом соединены механизмом, называемым гитарой шестерен (рис. 3), который закрыты кожухом (8).

Рисунок 3. Гитара шестерен.

Рисунок 3. Гитара шестерен.

Для автоматического нарезания резьб и производства других операций, где необходимо увязать скорость вращения шпинделя со скоростью подачи, служит ходовой винт (32).

Системы электронного управления расположены в электрошкафу (13). Там же имеется предохранительный и релейные блоки, которые служат для управления электроприводами станка, а также призваны отключить станок или полностью его обесточить в аварийном случае.

Экран (14) предназначен для защиты тыльной стороны станка от возможного разлета металлической стружки в процессе работы.

Защитный щиток (15) служит для защиты оператора станка. Без опущенного щитка автоматика не позволит запустить процесс точения.

Это основные узлы токарно-винторезного станка. Теперь рассмотрим более детально устройство каждого из узлов, а также рычаги управления и принцип работы.

На передней части станка, в области коробки скоростей и передней бабки, расположены следующие элементы:

• рычаг блокировки управления подачей (2);
• ручка регулировки подачи и установки требуемого шага нарезаемой резьбы (3,5,6);
• рычаги управления угловой скоростью шпинделя (7,12);
• рукоятка для переключения величины шагов резьб, а также для включения режима нарезки многозаходных резьб (10);
• рычаг реверса нарезаемой резьбы (11);

На задней бабке расположены следующие элементы:

• верхние салазки (17);
• фиксатор пиноли (18);
• фиксатор задней бабки (20);
• рукоятка перемещения задней пиноли (21);

Фартук имеет следующие элементы управления:

• кнопка включения повышенной скорости перемещения суппорта (23);
• кнопка включения и выключения работы ходового винта (24);
• рукоятка, управляющая направлением вращения шпинделя (25);
• рычаг управления подачей (26);
• рукоятка управления поперечным перемещением салазок суппорта (28);
• кнопка включения продольной автоматической подачи суппорта (29);
• пульт управления включением и выключением главного электродвигателя (27);
• рукоятка ручного управления продольным перемещением салазок.

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.

Устройство бабки токарного станка (шпиндельный узел)

Передняя бабка состоит из корпуса (чаще всего чугунного) и шпинделя. В станках с коробкой скоростей добавляются валы, шестерни и устройство переключения диапазонов для обеспечения различных моментов резания для обработки заготовок, система смазки шпиндельной бабки. Усилие вращения на деталь передается через шкив на первом валу. При установке шпинделя «картриджного» типа — вращательное движение патрона передается от двигателя через ремни на шкив, установленный на шпинделе. При установке электрошпинделя — ременная передача и внешний двигатель не применяются.

Корпус шпиндельной бабки может иметь различную форму, отливается, как правило, из чугуна. В современных станках в жестком корпусе передней бабки имеются точные отверстия для установки передних и задних подшипников шпинделя, это достигается расточкой корпуса на расточном станке с борштангой, с последующим контролем на измерительной машине. Предусмотрена возможность регулировки оси шпинделя в плоскости движения оси Х (для станков с горизонтальной станиной это будет горизонтальная плоскость, направление «к оператору или от оператора»). В вертикальной плоскости точность достигается пришабриванием

Передача вращательного движения от двигателя к шпинделю, чаще всего, осуществляется посредством клиновых или поликлиновых ремней и шестерней зубчатой передачи. В станках токарной группы с ЧПУ для обеспечения функций нарезания резьбы и поддержания постоянства скорости резания устанавливается дополнительный датчик — энкодер шпиндель. Энкодер воспринимает вращение шпинделя и преобразует его в электрический импульс, посылаемый в модуль ЧПУ. В свою очередь, контроллер управляет работой серводвигателя привода для плавного(не дискретного) регулирования частоты оборотов шпинделя.

Шпиндельный узел, как правило, имеет систему циркуляционной смазки и может иметь систему охлаждения. В шпинделя «картриджного» типа консистентная смазка закладывается на весь срок службы подшипников.

Кинематическая схема шпиндельной бабки обычно приведена в документации на конкретный станок.

Шпиндель передней бабки

Шпиндель — полый внутри вал, изготовленный из углеродистой стали, в отверстие которого пропускают длинномерные заготовки. Установлен шпиндель в корпус передней бабки посредством переднего и заднего подшипниковых узлов.

Торец шпинделя токарных станков, в зависимости от исполнения, соответствует ГОСТ 12595-2003 или ГОСТ 26651-85. На современных станках ЧПУ, в зависимости от запросов потребителя, геометрия торца шпинделя может быть изменена. На торец устанавливается зажимное устройство: токарный патрон, цанга, планшайба, упорный центр.

Посадочные поверхности торца шпинделя имеют обработку не ниже 6 квалитета, при изготовлении поверхность подвергается закалке и шлифовке. В противном случае радиальное и торцевое биение установленного патрона или другого зажимного устройства, установленного на шпиндель, будут превышать допустимые значения. Это скажется на точности обработки заготовки. После установки шпиндель проверяется на наличие вибраций, и, при необходимости, производится балансировка

В связи с этим, при замене зажимной оснастки посадочные поверхности шпинделя необходимо оберегать от различного рода повреждений, не допускать наличия стружки и грязи, а также проверять биение вновь установленных патрона или цанги.

Проверка точности

Геометрическую точность на токарных станках с ЧПУ проверяют по контрольным скалкам и оправкам. Проверка методом проточки не входит в проверки по ГОСТ(в токарный патрон зажимается заготовка диаметром не менее 80 мм длиной до трех диаметров и обтачивается цилиндрическая поверхность перемещением по оси Z без поджима задней бабкой), является неточной и не отражает реальное положение оси шпиндельной бабки. на результаты проточки влияет очень много факторов и погрешность измерения будет превышать величину допуска (режимы резания, высота режущей кромки и вылет оправки, состояние подшипников шпинделя и остальной кинематики . Допустимые отклонения указаны в приложении к свидетельству о приемке станка.

При неудовлетворительных результатах проверки точности выявляют и устраняют причину и проводят повторную проверку.

Механизм подачи

Механизм подачи сообщает суппорту необходимое направление движения. Задаётся направление трензелем. Сам трензель находится в корпусе передней бабки. Управление им происходит посредством наружных рукояток. Кроме направления можно изменять и амплитуду движения суппорта при помощи сменных шестерней разного количества зубьев или коробки подач.

В схеме станков с автоматической подачей имеются ходовые винт и валик. При проведении работ высокой точности исполнения используется ходовой винт. В остальных случаях – валик, что позволяет дольше сохранить винт в идеальном состоянии для выполнения сложных элементов.

Суппорт

Верхняя часть суппорта – место крепления резцов и другого токарного инструмента, необходимого для обработки различных деталей. Благодаря подвижности суппорта резец плавно перемещается в направлении, необходимом для обработки заготовки, от места, где суппорт с резцом и располагался в начале работы.

Суппорт

При обработке длинных деталей ход суппорта вдоль горизонтальной линии станка должен совпадать с длиной обрабатываемой заготовки. Такая потребность определяет возможности суппорта передвигаться в 4 направлениях относительно центральной точки станка.

Продольные движения механизма происходят по салазкам – горизонтальным направляющим станины. Поперечная подача резца осуществляется второй частью суппорта, передвигающейся по горизонтальным направляющим.

Поперечные (нижние) салазки служат основой поворотной части суппорта. С помощью поворотной части суппорта задаётся угол расположения заготовки относительно фартука станка.

Поперечные салазки