Токарный станок: устройство и принцип работы.

Металлорежущие станки: токарные станки для обработки металлов и других материалов. Принципы работы, типы и применение в промышленности. Точная обработка деталей.

22 мин чтения

100%

Источник: Metal lathe — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Машинный инструмент, используемый для удаления материала с вращающейся заготовки.

В металлообработке токарный станок или металлорежущий токарный станок представляет собой обширный класс станков, предназначенных для прецизионной обработки относительно твердых материалов. Изначально они были разработаны для обработки металлов, однако с появлением пластмасс и других материалов, а также благодаря своей универсальности, они используются в самых разных областях и для обработки широкого спектра материалов. В профессиональной терминологии, когда общий контекст понятен, их обычно просто называют токарными станками или обозначают более конкретными названиями подтипов (инструментальный токарный станок, башточный токарный станок и т.д.). Эти жесткие станки удаляют материал с вращающейся заготовки посредством (как правило, линейных) перемещений различных режущих инструментов, таких как резцы и сверла.

Строительство

Конструкция токарных станков может сильно различаться в зависимости от предполагаемого применения; однако основные элементы являются общими для большинства типов. Эти станки состоят, как минимум, из головки, станины, суппорта и задней бабки. Более качественные станки имеют прочную конструкцию с широкими опорными поверхностями (направляющими) для обеспечения стабильности и изготавливаются с высокой точностью. Это помогает гарантировать, что детали, изготовленные на станках, соответствуют требуемым допускам и обеспечивают необходимую повторяемость.

Насадка

В головке (H1) размещаются основной шпиндель (H4), механизм изменения скорости (H2, H3) и сменные шестерни (H10). Головка должна быть максимально прочной из-за возникающих режущих усилий, которые могут деформировать недостаточно жесткий корпус и вызывать гармонические колебания, передающиеся на заготовку и снижающие качество готового изделия. Основной шпиндель обычно выполняется полым, чтобы длинные заготовки могли проходить сквозь него в рабочую зону. Это сокращает время подготовки и уменьшает отходы материала. Шпиндель вращается в прецизионных подшипниках и оснащен средствами для крепления приспособлений, таких как патроны или лицевые плиты. Этот конец шпинделя обычно также имеет коническое отверстие, часто конус Морзе, для установки полых конических адаптеров (согласно стандарту Морзе), уменьшающих диаметр конического отверстия и позволяющих использовать центры. На старых станках (50-х годов) шпиндель приводился в движение непосредственно плоским ремнем через шкив, а более низкие скорости достигались манипулированием зубчатым колесом. В более современных станках используется коробка передач, приводимая в движение специальным электродвигателем. Полностью "шестеренная головка" позволяет оператору выбирать подходящие скорости исключительно через коробку передач.

Кровать

Кровать станка представляет собой прочную основу, соединяющуюся с головкой и обеспечивающую перемещение суппорта и задней бабки параллельно оси шпинделя. Это обеспечивается закаленными и шлифованными направляющими, которые фиксируют суппорт и заднюю бабку в заданном направлении. Суппорт перемещается посредством реечной передачи. Ходовой винт точного шага приводит в движение суппорт, удерживающий режущий инструмент, через редуктор, приводимый в действие от головки. Типы кроватей включают перевернутые V-образные кровати, плоские кровати и комбинированные V-образные и плоские кровати. V-образные и комбинированные кровати используются для прецизионных и легких работ, а плоские – для тяжелых. При установке токарного станка первым шагом является его выравнивание, то есть обеспечение отсутствия перекосов или прогибов кровати. Нет необходимости выравнивать станок строго горизонтально, но необходимо полностью устранить его скручивание для достижения точной геометрии резания. Прецизионный уровень – полезный инструмент для выявления и устранения перекосов. Также рекомендуется использовать такой уровень вдоль кровати для обнаружения прогиба, особенно в случае токарных станков с более чем четырьмя точками крепления. В обоих случаях уровень используется как компаратор, а не абсолютный эталон.

Шрубы для кормов и свинца

Кормовой винт (H8) представляет собой длинный приводной вал, который позволяет ряду шестерен приводить в движение механизмы каретки. Эти шестерни расположены в плите каретки (фартуке). Как кормовой винт (H8), так и ведущий винт (H7) приводятся в движение либо набором сменных шестерен (на квадранте), либо промежуточной коробкой передач, известной как быстроходная коробка передач (H6) или коробка передач Нортона. Эти промежуточные шестерни позволяют установить необходимое передаточное число и направление вращения для нарезания резьбы или червячных передач. Между шпинделем и зубчатой передачей предусмотрены кулачковые шестерни (управляемые H5) и квадрантная пластина, позволяющая включать зубчатую передачу с нужным передаточным числом и направлением. Это обеспечивает постоянное соотношение между числом оборотов шпинделя и числом оборотов ведущего винта. Благодаря этому соотношению можно нарезать резьбу на заготовке без использования метчика. Некоторые токарные станки имеют только один ведущий винт, который используется для всех перемещений каретки. Для нарезания резьбы включается полуга́йка, которая приводится в движение резьбой ведущего винта, а для обычного механизированного подачи ключ входит в шпоночный паз, выполненный на ведущем винте, приводя в движение зубчатое колесо (пиньон) вдоль зубчатой рейки, установленной вдоль станины станка. Ведущий винт изготавливается либо по дюймовым, либо по метрическим стандартам и требует введения поправочного коэффициента для создания резьб другого семейства. Для точного преобразования из одной формы резьбы в другую требуется шестерня с 127 зубьями, или, если станок недостаточно велик для ее установки, можно использовать приближенное значение. Для нарезания относительно свободной резьбы можно использовать кратные числа 3 и 7, дающие передаточное число 63:1. Этот поправочный коэффициент часто встроен в быстроходные коробки передач. Точное передаточное число, необходимое для преобразования токарного станка с дюймовым (имперским) ведущим винтом в метрическую (миллиметровую) резьбу, составляет 100 / 127 = 0,7874. Наилучшее приближение с наименьшим общим числом зубьев очень часто составляет 37 / 47 = 0,7872. Это преобразование дает постоянную погрешность в 0,020% для всех стандартных и модельных метрических шагов (0,25, 0,30, 0,35, 0,40, 0,45, 0,50, 0,60, 0,70, 0,75, 0,80, 1,00, 1,25, 1,50, 1,75, 2,00, 2,50, 3,00, 3,50, 4,00, 4,50, 5,00, 5,50 и 6,00 мм).

The feedscrew (H8) is a long driveshaft that allows a series of gears to drive the carriage mechanisms. These gears are located in the apron of the carriage. Both the feedscrew and leadscrew (H7) are driven by either the change gears (on the quadrant) or an intermediate gearbox known as a quick change gearbox (H6) or Norton gearbox. These intermediate gears allow the correct ratio and direction to be set for cutting threads or worm gears. Tumbler gears (operated by H5) are provided between the spindle and gear train along with a quadrant plate that enables a gear train of the correct ratio and direction to be introduced. This provides a constant relationship between the number of turns the spindle makes, to the number of turns the leadscrew makes. This ratio allows screwthreads to be cut on the workpiece without the aid of a die. Some lathes have only one leadscrew that serves all carriage moving purposes. For screw cutting, a half nut is engaged to be driven by the leadscrew's thread; and for general power feed, a key engages with a keyway cut into the leadscrew to drive a pinion along a rack that is mounted along the lathe bed. The leadscrew will be manufactured to either imperial or metric standards and will require a conversion ratio to be introduced to create thread forms from a different family. To accurately convert from one thread form to the other requires a 127 tooth gear, or on lathes not large enough to mount one, an approximation may be used. Multiples of 3 and 7 giving a ratio of 63:1 can be used to cut fairly loose threads. This conversion ratio is often built into the quick change gearboxes. The precise ratio required to convert a lathe with an Imperial (inch) leadscrew to metric (millimeter) threading is 100 / 127 = 0.7874 The best approximation with the fewest total teeth is very often 37 / 47 = 0.7872 This transposition gives a constant 0.020 percent error over all customary and model maker's metric pitches (0.25, 0.30, 0.35, 0.40, 0.45, 0.50, 0.60, 0.70, 0.75, 0.80, 1.00, 1.25, 1.50, 1.75, 2.00, 2.50, 3.00, 3.50, 4.00, 4.50, 5.00, 5.50 and 6.00 mm).

Перевозка

В своей простейшей форме суппорт удерживает режущий инструмент и перемещает его продольно (для точения) или перпендикулярно (для подрезки) под управлением оператора. Оператор перемещает суппорт вручную с помощью маховика (5a) или автоматически, включая подающий вал с механизмом подачи суппорта (5c). Это облегчает работу оператора, поскольку движение суппорта становится механизированным. Маховики (2a, 3b, 5a) на суппорте и связанных с ним подвижных салазках обычно калиброваны, как для удобства использования, так и для обеспечения воспроизводимости резов. Суппорт обычно состоит из верхней отливки, известной как седло (4), и боковой отливки, известной как фартук (5).

Крос-слайд

Круговая подвижная салазка (3) установлена на суппорте и имеет подающий винт, перемещающийся под прямым углом к оси главного шпинделя. Это позволяет выполнять операции обточки торца и регулировать глубину резания. Этот винт может быть соединен через зубчатую передачу с валом подачи (упомянутым ранее) для обеспечения автоматического движения "механизированной подачи" салазки. На большинстве токарных станков можно включить только одно направление одновременно, так как блокировочный механизм отключает вторую передачу. Рукоятки круговой подачи обычно градуированы в зависимости от диаметра детали, поэтому одно деление, соответствующее 0,001 дюйма диаметра, соответствует 0,0005 дюйма перемещения салазки.

Состав отдыха

Комбинированная подставка (или верхняя скользка) (2) обычно служит местом установки резцедержателя. Она обеспечивает меньший ход (меньший, чем у поперечной поддержки) вдоль своей оси посредством другого винта подачи. Ось комбинированной подставки может регулироваться независимо от суппорта или поперечной поддержки. Она используется для точения конусов, контроля глубины резания при нарезании резьбы или прецизионной обработке торцов, а также для получения более тонких подач (под ручным управлением), чем это допускает подающий вал. Обычно в основании комбинированной подставки (2b) имеется градусник, позволяющий оператору устанавливать ее ось под точными углами. Подвижная подставка (как назывались самые ранние конструкции суппорта) известна с XV века. В 1718 году русский изобретатель Андрей Нартов представил подъемную подставку для поддержки инструмента с набором шестерен, которая получила ограниченное применение в российской промышленности. Первый полностью задокументированный токарный станок с полностью металлической подвижной подставкой был изобретен Жаком де Вокансоном около 1751 года. Его описание было опубликовано в «Энциклопедии» задолго до того, как Модсли изобрел и усовершенствовал свою версию. Вероятно, Модсли не был знаком с работой Вокансона, поскольку его первые образцы подвижной подставки содержали множество ошибок, отсутствовавших в токарном станке Вокансона. В XVIII веке подвижная подставка также использовалась на французских токарных станках для художественной обработки. В 1780-х годах в Королевском арсенале в Вулвиче семейство Вербругган также установило подвижные подставки на станках для нарезания каналов в орудийных стволах. Долгое время распространялся миф о том, что Генри Модсли изобрел ее, но это не так (и он никогда этого не утверждал). Легенда о том, что Модсли изобрел подвижную подставку, возникла благодаря Джеймсу Насмиту, который неоднозначно писал об этом в своих «Замечаниях о введении принципа подвижной подставки» (1841 г.); более поздние авторы неправильно истолковали его слова и распространили эту ошибку. Однако Модсли способствовал широкому распространению этой идеи. Весьма вероятно, что он видел ее, когда работал в Арсенале в юности. В 1794 году, работая на Джозефа Брэма, он изготовил ее, а когда открыл собственную мастерскую, активно использовал в производимых и продаваемых им токарных станках. Благодаря сети инженеров, которых он обучал, подвижная подставка стала широко известна и копировалась другими производителями токарных станков, что способствовало ее распространению в британских инженерных мастерских. Наиболее важным достижением Модслея стал практичный и универсальный токарный станок для нарезания резьбы, объединяющий в себе трио винта подачи, сменных шестерен и подвижной подставки.

The compound rest (or top slide) (2) is usually where the tool post is mounted. It provides a smaller amount of movement (less than the cross slide) along its axis via another feedscrew. The compound rest axis can be adjusted independently of the carriage or cross slide. It is used for turning tapers, to control depth of cut when screwcutting or precision facing, or to obtain finer feeds (under manual control) than the feed shaft permits. Usually, the compound rest has a protractor marked in its base (2b), enabling the operator to adjust its axis to precise angles. The slide rest (as the earliest forms of carriage were known) can be traced to the fifteenth century. In 1718 the tool supporting slide rest with a set of gears was introduced by a Russian inventor Andrey Nartov and had limited usage in the Russian industry. The first fully documented, all metal slide rest lathe was invented by Jacques de Vaucanson around 1751. It was described in the Encyclopédie a long time before Maudslay invented and perfected his version. It is likely that Maudslay was not aware of Vaucanson's work, since his first versions of the slide rest had many errors that were not present in the Vaucanson lathe. In the eighteenth century the slide rest was also used on French ornamental turning lathes. The suite of gun boring mills at the Royal Arsenal, Woolwich, in the 1780s by the Verbruggan family also had slide rests. The story has long circulated that Henry Maudslay invented it, but he did not (and never claimed so). The legend that Maudslay invented the slide rest originated with James Nasmyth, who wrote ambiguously about it in his Remarks on the Introduction of the Slide Principle, 1841; later writers misunderstood, and propagated the error. However, Maudslay did help to disseminate the idea widely. It is highly probable that he saw it when he was working at the Arsenal as a boy. In 1794, whilst he was working for Joseph Bramah, he made one, and when he had his own workshop used it extensively in the lathes he made and sold there. Coupled with the network of engineers he trained, this ensured the slide rest became widely known and copied by other lathe makers, and so diffused throughout British engineering workshops. A practical and versatile screw cutting lathe incorporating the trio of leadscrew, change gears, and slide rest was Maudslay's most important achievement.

Стропа для инструментов

Инструментальный резчик устанавливается в резцедержатель (1), который может быть выполнен в американском фонарном стиле, традиционном четырехстороннем квадратном стиле или стиле быстрой смены, например, как показано на многопозиционной схеме. Преимущество системы быстрой смены заключается в возможности использования неограниченного количества инструментов (в пределах количества доступных держав), в отличие от ограничения одним инструментом в фонарном стиле или четырьмя инструментами в четырехстороннем стиле. Сменные державки инструментов позволяют предварительно установить все инструменты на одну высоту центра, которая не изменяется даже при снятии державки с машины.

Заднего штифта

Хвостовой центр – это инструмент (сверлильный патрон) и опорный центр, расположенный напротив головки станка. Шпиндель (T5) не вращается, но перемещается вдоль станины под действием винтового механизма и маховика (T1). Шпиндель имеет коническое отверстие для закрепления сверл, центров и другого инструмента. Хвостовой центр может быть установлен вдоль станины и зафиксирован (T6) в положении, определяемом заготовкой. Предусмотрена также возможность смещения хвостового центра (T4) от оси шпинделя, что полезно при точении небольших конусов, а также при повторной установке хвостового центра на ось станины. На изображении показан редуктор (T2) между маховиком и шпинделем, который может потребоваться для увеличения усилия при использовании больших сверл. Режущий инструмент обычно изготавливается из быстрорежущей стали (HSS), кобальтовой стали или твердого сплава.

Устойчивые, последующие и другие остановки

Длинные заготовки часто требуют поддержки в середине, так как режущий инструмент может выталкивать (прогибать) заготовку от точек опоры, поскольку процесс резания металла создает огромные силы, вызывающие вибрацию и даже изгиб заготовки. Дополнительную поддержку обеспечивает упор (также называемый неподвижным упором, фиксированным упором, центральным упором или, что может ввести в заблуждение, центром). Он жестко крепится к станине и поддерживает заготовку в своей центральной части, как правило, в трех точках контакта, расположенных на расстоянии 120° друг от друга. Подвижный упор (также называемый ведомым или передвижным упором) устроен аналогично, но крепится к каретке, а не к станине. Это означает, что при движении режущего инструмента подвижный упор "следует" за ним (поскольку оба жестко связаны с одной и той же кареткой). Подвижный упор обеспечивает поддержку, непосредственно противодействующую силе упругости режущего инструмента, непосредственно в зоне резания заготовки в данный момент. В этом отношении он аналогичен коробочному инструменту. Любой упор передает некоторые геометрические погрешности заготовки с опорной (несущей) поверхности на обрабатываемую поверхность. Это зависит от конструкции упора. Для минимизации передачи погрешностей используются корректирующие упоры. Ролики упора обычно вызывают дополнительные геометрические погрешности на обрабатываемой поверхности.

Типы металлических токарных станков

В металлообрабатывающей отрасли существует множество вариантов токарных станков. Некоторые из них не сразу бросаются в глаза, а другие представляют собой узкую специализацию. Например, центроискательный станок – это двухголовочный станок, в котором заготовка остается неподвижной, а головки перемещаются к ней для сверления центровых отверстий с обоих концов. Полученная заготовка затем может быть использована в центрах для последующей обработки. Использование термина "металлический токарный станок" в настоящее время также может считаться несколько устаревшим. Пластмассы и другие композитные материалы широко применяются, и при соответствующих модификациях те же принципы и методы могут быть использованы для их обработки, как и для металла.

Центральный токарный станок / двигательная токарная станица / столешница

Термины "центрный токарный станок", "токарный станок с двигателем" и "столярный токарный станок" относятся к базовому типу токарного станка, который можно считать архетипичным классом металлообрабатывающих токарных станков, наиболее часто используемых обычным токарем или любителем-механиком. Название "столярный токарный станок" подразумевает версию этого класса, достаточно компактную для установки на верстаке (но при этом полнофункциональную и больше, чем миниатюрные или микро-токарные станки). Конструкция центрного токарного станка подробно описана выше, но в зависимости от года выпуска, размера, ценового диапазона или желаемых характеристик даже эти станки могут значительно различаться между моделями. "Токарный станок с двигателем" – это название, применяемое к традиционному токарному станку конца XIX или XX века с автоматической подачей на режущий инструмент, в отличие от ранних токарных станков, которые использовались с ручными инструментами или станков только с ручной подачей. Использование слова "двигатель" здесь относится к механическому устройству, а не к первичному двигателю, как в паровых двигателях, которые на протяжении многих лет были стандартным промышленным источником энергии. На предприятии обычно был один большой паровой двигатель, который обеспечивал энергией все станки через систему ременных передач. Поэтому ранние токарные станки с двигателем, как правило, были "конусоголовыми", то есть на шпинделе обычно был установлен многоступенчатый шкив, называемый конусным шкивом, предназначенный для плоского ремня. Различные скорости шпинделя можно было получить, перемещая плоский ремень на разные ступени конусного шкива. Конусоголовые станки обычно имели контрвал (промежуточный вал) на задней стороне конуса, который можно было включить для обеспечения более низкого диапазона скоростей, чем при прямом ременном приводе. Эти шестерни назывались "задними шестернями". Более крупные станки иногда имели двухскоростные задние шестерни, которые можно было переключать для обеспечения еще более низкого диапазона скоростей. Когда в начале XX века электродвигатели стали широко распространенными, многие конусоголовые станки были переоборудованы на электрическую тягу. В то же время состояние техники в области шестерен и подшипников достигло такого уровня, что производители начали выпускать полностью шестеренчатые головки, используя коробки передач, аналогичные автомобильным трансмиссиям, для получения различных скоростей шпинделя и подачи, передавая при этом большие объемы мощности, необходимые для полной реализации возможностей быстрорежущей стали. Режущие инструменты снова эволюционировали с появлением искусственных карбидов, которые получили широкое распространение в промышленности в 1970-х годах. Ранние карбиды крепились к держателям инструментов путем пайки в обработанное "гнездо" в держателях. Поздние конструкции позволяли заменять наконечники и делать их многогранными, что позволяло повторно использовать их. Карбиды выдерживают гораздо более высокие скорости резания без износа. Это привело к сокращению времени обработки и, следовательно, к увеличению производства. Спрос на более быстрые и мощные токарные станки определял направление развития токарных станков. Доступность недорогой электроники снова изменила способ регулирования скорости, позволяя непрерывно изменять скорость двигателя от максимальной до почти нулевых оборотов в минуту. Это пытались сделать в конце XIX века, но в то время это не было признано удовлетворительным. Последующие улучшения в электрических схемах снова сделали это возможным.

The terms center lathe, engine lathe, and bench lathe all refer to a basic type of lathe that may be considered the archetypical class of metalworking lathe most often used by the general machinist or machining hobbyist. The name bench lathe implies a version of this class small enough to be mounted on a workbench (but still full featured, and larger than mini lathes or micro lathes). The construction of a center lathe is detailed above, but depending on the year of manufacture, size, price range or desired features, even these lathes can vary widely between models. Engine lathe is the name applied to a traditional late 19th century or 20th century lathe with automatic feed to the cutting tool, as opposed to early lathes which were used with hand held tools, or lathes with manual feed only. The usage of "engine" here is in the mechanical device sense, not the prime mover sense, as in the steam engines which were the standard industrial power source for many years. The works would have one large steam engine which would provide power to all the machines via a line shaft system of belts. Therefore, early engine lathes were generally 'cone heads', in that the spindle usually had attached to it a multi step pulley called a cone pulley designed to accept a flat belt. Different spindle speeds could be obtained by moving the flat belt to different steps on the cone pulley. Cone head lathes usually had a countershaft (layshaft) on the back side of the cone which could be engaged to provide a lower set of speeds than was obtainable by direct belt drive. These gears were called back gears. Larger lathes sometimes had two speed back gears which could be shifted to provide a still lower set of speeds. When electric motors started to become common in the early 20th century, many cone head lathes were converted to electric power. At the same time the state of the art in gear and bearing practice was advancing to the point that manufacturers began to make fully geared headstocks, using gearboxes analogous to automobile transmissions to obtain various spindle speeds and feed rates while transmitting the higher amounts of power needed to take full advantage of high speed steel tools. Cutting tools evolved once again, with the introduction of man made carbides, and became widely introduced to general industry in the 1970s. Early carbides were attached to toolholders by brazing them into a machined 'nest' in the tool holders. Later designs allowed tips to be replaceable and multi faceted, allowing them to be reused. Carbides tolerate much higher machining speeds without wearing. This has led to machining times shortening, and therefore production growing. The demand for faster and more powerful lathes controlled the direction of lathe development. The availability of inexpensive electronics has again changed the way speed control may be applied by allowing continuously variable motor speed from the maximum down to almost zero RPM. This had been tried in the late 19th century but was not found satisfactory at the time. Subsequent improvements in electric circuitry have made it viable again.

Торрент для инструментальной комнаты

Токарный станок для инструментального цеха – это токарный станок, оптимизированный для работ в инструментальном цехе. По сути, это высококлассный центрный токарный станок, оснащенный всеми лучшими опциональными функциями, которые могут отсутствовать в менее дорогих моделях, такими как быстрозажимное устройство для патронов, коническая втулка и другие. Станина токарного станка для инструментального цеха обычно шире, чем у стандартного центрного токарного станка. На протяжении многих лет также подразумевалось, что такие станки подвергаются селективной сборке и дополнительной подгонке, с особой тщательностью при изготовлении модели для инструментального цеха, чтобы добиться максимально плавной и точной работы. Однако, внутри одного бренда, разница в качестве между обычной моделью и соответствующей моделью для инструментального цеха зависит от производителя, а в некоторых случаях частично обусловлена маркетинговой психологией. Для известных производителей станков, выпускавших только высококачественное оборудование, не всегда требовалось улучшение базовой модели для создания "роскошной" версии. В других случаях, особенно при сравнении разных марок, объективно продемонстрировать разницу в качестве между (1) центрным токарным станком начального уровня, предназначенным для конкуренции по цене, и (2) токарным станком для инструментального цеха, ориентированным исключительно на качество, а не на цену, можно путем измерения биения, вибрации и т.д. В любом случае, благодаря полному комплекту опций и (реальному или подразумеваемому) более высокому качеству, токарные станки для инструментального цеха стоят дороже, чем центрные токарные станки начального уровня.

Торрентные и капстанные токарные станки

Тормозные и капстанные станки относятся к классу токарных станков, используемых для серийного производства идентичных деталей (которые, благодаря природе процесса резания, обычно взаимозаменяемы). Они произошли от более ранних токарных станков с добавлением револьверной головки – индексируемого держателя инструмента, позволяющего выполнять несколько режущих операций последовательно, каждая с использованием различного режущего инструмента, без необходимости для оператора выполнять промежуточные наладочные операции (например, устанавливать или снимать инструмент) или контролировать траекторию инструмента. (Последнее обусловлено тем, что траекторией инструмента управляет станок, либо посредством жесткой фиксации, определяемой механическими упорами и направляющими револьверной головки, либо с помощью сервомеханизмов, управляемых компьютером на станках с ЧПУ). Существует огромное разнообразие конструкций тормозных и капстанных станков, отражающее широкий спектр выполняемых ими работ.

Торговая машина с инструментами для перегородок

Токарный станок с револьверной головкой – это станок, на поперечном суппорте которого расположен ряд инструментов, длинный и плоский, напоминающий стол фрезерного станка. Принцип работы в основном тот же, что и у токарных станков с револьверной головкой: установка нескольких инструментов с последующей быстрой переключением между ними для каждого цикла обработки детали. В отличие от вращающейся револьверной головки, группа индексируемых инструментов здесь линейная.

Многостворчатая токарная машина

Многошпиндельные токарные станки имеют более одного шпинделя и автоматическое управление (будь то кулачковое или с ЧПУ). Это производственные станки, специализирующиеся на массовом производстве. Меньшие типы обычно называют автоматами-резчиками, а более крупные варианты – автоматами с патроном, автоматическими патронными станками или просто патронными станками. Автоматы-резчики обычно работают с прутка, в то время как патронные станки автоматически захватывают отдельные заготовки из магазина. Типичный минимальный экономически целесообразный размер производственной партии для автомата-резчика составляет несколько тысяч деталей из-за длительного времени наладки. После наладки автомат-резчик может быстро и эффективно производить тысячи деталей непрерывно с высокой точностью, коротким временем цикла и минимальным участием оператора. (Эти два фактора значительно снижают себестоимость одной взаимозаменяемой детали по сравнению с производством без использования этих станков.)

CNC-кругловой станок / CNC-круговой центр

Компьютерные токарные станки с числовым программным управлением (ЧПУ) быстро заменяют устаревшие производственные токарные станки (многошпиндельные и т. д.) благодаря простоте настройки, эксплуатации, повторяемости и точности. Токарный станок ЧПУ – это оборудование с компьютерным управлением. Он позволяет выполнять базовые механические операции, такие как точение и сверление, как и на традиционном токарном станке. Эти станки разработаны для использования современных твердосплавных инструментов и полной реализации современных технологических процессов. Деталь может быть спроектирована, а траектории инструмента запрограммированы с помощью CAD/CAM-системы или вручную программистом, после чего полученный файл загружается в станок. После настройки и пробного запуска станок будет непрерывно производить детали под эпизодическим контролем оператора. Управление станком осуществляется электронным способом через интерфейс в виде компьютерного меню, программу можно изменять и отображать на станке, а также просматривать имитацию процесса. Для работы с таким станком установщику/оператору требуется высокий уровень квалификации. Однако база знаний, необходимая для работы с ЧПУ-станками, шире, чем для устаревших производственных машин, где глубокое знание особенностей каждой конкретной машины считалось обязательным. Часто настройку и эксплуатацию этих станков выполняет один и тот же человек, который осуществляет контроль над небольшим количеством станков (ячейкой). Конструкция токарного станка ЧПУ варьируется у разных производителей, но все они имеют общие элементы. Револьверная головка удерживает державки инструментов и индексирует их по мере необходимости, шпиндель удерживает заготовку, а салазки позволяют револьверной головке перемещаться одновременно по нескольким осям. Станки часто полностью закрыты, что во многом обусловлено требованиями охраны труда и техники безопасности. В связи с быстрым ростом отрасли различные производители токарных станков ЧПУ используют различные пользовательские интерфейсы, что иногда затрудняет работу операторов, которым необходимо с ними ознакомиться. С появлением недорогих компьютеров, бесплатных операционных систем, таких как Linux, и программного обеспечения ЧПУ с открытым исходным кодом, стоимость оборудования ЧПУ значительно снизилась.

Швейцарский токарный станок / швейцарский центр обработки

Швейцарский токарный станок – это специализированная конструкция токарного станка, обеспечивающая высокую точность (иногда с допусками до нескольких десятых тысячных дюйма – нескольких микрометров). Швейцарский токарный станок удерживает заготовку одновременно с помощью патрона и направляющей втулки. Патрон располагается за направляющей втулкой, а инструменты – перед ней, оставаясь неподвижными по оси Z. Для продольной обработки детали инструменты перемещаются внутрь, а сама деталь движется вперед и назад по оси Z. Это позволяет выполнять всю обработку материала вблизи направляющей втулки, где он более жесткий, что делает такие станки идеальными для работы с тонкими заготовками, поскольку деталь надежно зафиксирована и вероятность отклонений или вибраций минимальна. Этот тип токарных станков обычно используется с числовым программным управлением (ЧПУ). Большинство современных швейцарских токарных станков с ЧПУ оснащены одним или двумя основными шпинделями и одним или двумя задними шпинделями (вторичными шпинделями). Основной шпиндель используется совместно с направляющей втулкой для основных операций обработки. Вторичный шпиндель расположен за деталью, на одной оси Z с ним. В простом режиме он захватывает деталь сразу после отрезки и выполняет на ней вторичные операции, после чего выбрасывает ее в приемник, что исключает необходимость ручной смены деталей оператором, как это часто бывает на стандартных токарных центрах с ЧПУ. Это делает их очень эффективными, поскольку такие станки способны выполнять быстрые циклы, производя простые детали за один цикл (то есть без необходимости в дополнительной машине для выполнения вторичных операций) всего за 10–15 секунд. Это делает их идеальными для крупносерийного производства деталей малого диаметра.

Швейцарские скребки и инструменты

Поскольку многие швейцарские токарные автоматы оснащены дополнительным шпинделем, или "подшпинделем", они также оснащаются "живым инструментом". Живые инструменты – это вращающиеся режущие инструменты, приводимые в действие небольшим двигателем, независимым от двигателя главного шпинделя. Живые инструменты позволяют изготавливать более сложные детали на швейцарском токарном автомате. Например, автоматическое изготовление детали с отверстием, просверленным перпендикулярно основной оси (оси вращения шпинделей), очень экономично при использовании живых инструментов, и наоборот, невыгодно, если это выполняется как вторичная операция после завершения обработки на швейцарском токарном автомате. "Вторичная операция" – это технологическая операция, требующая закрепления частично обработанной детали на втором станке для завершения производственного процесса. Как правило, современное программное обеспечение CAD/CAM использует живые инструменты в дополнение к главным шпинделям, благодаря чему большинство деталей, спроектированных в CAD-системе, могут быть фактически изготовлены на станках, поддерживаемых этим CAD/CAM-программным обеспечением.

Комбинированный токарный станок / машина 3-в-1

Комбинированный токарный станок, часто называемый машиной «3 в 1», добавляет в конструкцию токарного станка возможность сверления или фрезерования. Эти станки оснащены фрезерной колонной, поднимающейся над станиной, и используют суппорт и верхний суппорт в качестве осей X и Y для этой колонны. Название «3 в 1» отражает идею объединения в одном доступном станке токарного станка, фрезерного станка и сверлильного станка. Они предназначены исключительно для рынка любителей и MRO, поскольку для сохранения доступной цены неизбежно приходится идти на компромиссы в отношении размеров, функциональности, жесткости и точности. Тем не менее, они достаточно хорошо удовлетворяют потребности своей ниши и способны достигать высокой точности при наличии достаточного времени и квалификации. Их можно встретить на небольших предприятиях, не ориентированных на машиностроение, где время от времени требуется обработать небольшие детали, особенно там, где высокая точность, обеспечиваемая дорогостоящими инструментальными станками, была бы излишней с инженерной точки зрения, помимо того, что они недоступны по цене.

Мини- и микро-тюрьмы

Миниатюрные и микротокарные станки — это миниатюрные версии универсального центрового токарного станка (двигательного токарного станка). Они обычно предназначены для обработки деталей небольшого диаметра (иными словами, небольшого радиуса). Это небольшие и доступные станки для домашней мастерской или мастерской MRO. К этим станкам применимы те же преимущества и недостатки, что и к машинам «3 в 1», описанным ранее. Как и в других случаях в английской орфографии, написание префиксов в названиях этих станков может варьироваться. Они могут называться мини-токарным станком, минитокарным станком и мини-токарным станком, а также микро-токарным станком, микротокарным станком и микро-токарным станком.

Тормозный токарный станок

Станок, предназначенный для восстановления поверхности тормозных барабанов и дисков в авто- или грузовых мастерских.

Торговая машина

Колесовые токарные станки — это машины, используемые для изготовления и восстановления колёс железнодорожного подвижного состава. Когда колёса изнашиваются или приходят в негодность из-за интенсивной эксплуатации, этот инструмент позволяет повторно обработать и отремонтировать колесо. Существует несколько различных типов колесных токарных станков, включая подвальные установки для восстановления колёс, установленных на вагоне, переносные модели для оперативного ремонта колёс и станки с ЧПУ, использующие компьютерные системы управления для выполнения ремонта колёс.

Торговая машина

Токарный станок для заготовок большого диаметра, но небольшой длины, построенный над углублением в полу для размещения нижней части заготовки, что позволяет установить подставку для инструмента на уровне пояса токаря. Пример такого станка представлен в Лондонском научном музее в Кенсингтоне.

Вертикальный токарный станок

Для работы с деталями ещё большего диаметра и веса, например, с сосудами под давлением или судовыми двигателями, токарный станок поворачивается таким образом, что превращается в поворотный стол, на который устанавливаются детали. Такая ориентация менее удобна для оператора, но облегчает поддержку крупных деталей. На самых больших станках поворотный стол устанавливается вровень с полом, а суппорт головки при этом углубляется ниже уровня пола, чтобы упростить погрузку и разгрузку заготовок. Поскольку доступ оператора к ним не представляет большой сложности, вертикально-токарные станки с ЧПУ более популярны, чем ручные вертикально-токарные станки.

Торговая машина

Специализированные токарные станки для обработки длинных заготовок, таких как секции бурильных колонн. Токарные станки для нефтегазовой промышленности оснащаются большими полыми шпинделями большого диаметра, вторым патроном на противоположной стороне станины и часто упорами для поддержки длинных заготовок.

Кормовые механизмы

Существуют различные механизмы подачи материала в токарный станок с заданной скоростью. Эти механизмы предназначены для автоматизации части производственного процесса с целью повышения производительности.

Кормильщик с штрихом

Стержневой податчик подает один отрезок заготовки в режущий станок. По мере обработки каждой детали режущий инструмент выполняет окончательный отрез, отделяя деталь от заготовки, а податчик продолжает подавать заготовку для следующей детали, обеспечивая непрерывную работу станка. Существуют два типа стержневых податчиков, используемых при токарной обработке: гидродинамические, в которых заготовка опирается на серию каналов и зажимается сверху и снизу, и гидростатические, в которых заготовка удерживается в подающей трубке с помощью масла под давлением.

Нагрузчик с штангой

Бар-погрузчик является разновидностью бар-подавателя, в отличие от которого в бункер может загружаться несколько заготовок, и погрузчик подает каждую из них по мере необходимости.