Токарный станок с ЧПУ по металлу — назначение, принцип работы, виды

Станки токарной группы предназначены для выполнения большого количества операций по обработке металла. Чаще всего данное оборудование используется для работы с наружными и внутренними поверхностями деталей, которые имеют цилиндрический, конический или фасонный профиль. Еще одно назначение токарных станков по металлу – выполнения операций по сверлению отверстий, обработке торцов.

История создания

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

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.

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.

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

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

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. 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. Первые токарные станки Нартова хранятся в коллекции Эрмитажа, как шедевры инженерного искусства XVIII в.

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 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. 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.

Технические характеристики и принцип работы

Независимо от устройства, станок характеризуется несколькими показателями:

• максимальная толщина (диаметр) болванки из металла для обработки;
• максимальное расстояние между серединами бабок;
• наибольшая толщина заготовки, которая устанавливается над суппортом.

А — передняя бабка, Б — суппорт, В — задняя бабка, Г — станина, Д — основание, Е — фартук, Ж — привод деления и затылования, З — гитара

В крепления на задней бабке устанавливается инструмент, которым будет производиться обработка детали. Бабка перемещается по рельсам станины на расстояние, определяемое длиной обрабатываемой заготовки. Суппорт располагается между передней и задней бабками, во время работы каретка двигается по рельсам и перемещает резак вдоль заготовки. Устройство резцедержателя зависит от металла детали и степени нагрузки на инструмент. Если работа не слишком сложна, достаточно будет одиночного держателя. На токарных станках современных моделей обычно устанавливают головки резцов. Это достаточно устойчивое устройство, способное удержать до четырех инструментов одновременно.

В качестве двигателя используется электрический мотор с ременной передачей. Ремень идет от двигателя к шкиву токарного станка, основное внимание следует уделять его натяжке, обеспечивающей хороший ход. Ремень изготавливается из брезентовой ленты, прорезиненной ткани или другого прочного материала.

Видео о том, как правильно выбрать токарный станок по металлу:

Классификация

Данные машины бывают трех типов:

• контурного;
• позиционного;
• адаптивного.

Первый тип включает приборы, работающие по заданной траектории. Такие агрегаты требуют контроля со стороны оператора. Ко второму типу относятся станки, способные выполнять обработку на устройстве точечным образом. Третий тип объединяет возможности контурного и позиционного станка.

Станки отечественного производства поступают в продажу с определенной маркировкой, при помощи которой можно определить возможности оборудования. Маркировка включает букву и цифру. Наиболее распространенные модели имеют маркировки:

• Ф1 – рабочий механизм выполняет обработку по заранее заданным координатам;
• Ф2 – рабочий механизм осуществляет точечную обработку;
• Ф3 – задается траектория, по которой выполняется точение на станках с ЧПУ под контролем оператора;
• Ф4 – комбинированная обработка, объединяющая возможности контурных и позиционных станков.

Также токарные станки с программным управлением отличаются:

• расположением оси шпинделя;
• расположением направляющих;
• конструкционными особенностями;
• видом осуществляемой обработки.

Приборы с числовым программным управлением делятся по уровням точности, каждому из которых соответствует определенная маркировка:

• Н – нормальная;
• П – повышенная;
• В – высокая;
• А – особо-высокая;
• С – особо точные устройства (только мастер-станки).

Маркировка выбирается в зависимости от того, где планируется применение станочного прибора. Если в маркировке отечественного станка присутствует буква «С», это указывает на наличие дополнительных возможностей устройства.

Основные разновидности оборудования

Классификация токарных станков в основном осуществляется на основании их конструкции.

Токарно-винторезный

Все виды токарных станков из данной группы являются универсальными, поэтому они широко используются на серийных и единичных производствах.

С их помощью можно выполнять различные операции – нарезание резьбы (модульной, метрической, дюймовой), всевозможная обработка металлических заготовок.

В перечень основных конструктивных элементов данного станка входят:

• шпиндельная бабка. Состоит из шпинделя и коробки скоростей;
• суппорт. Предназначен для фиксации в нужном положении режущего инструмента;
• станина. Предназначена для закрепления основных конструктивных узлов агрегата;
• коробка подач. Предназначена для передачи движения от шпиндельного узла к суппорту. Это возможно благодаря наличию в составе конструкции ходового винта или валика;
• фартук. Необходим для трансформации передвижений валика или винта на перемещение суппорта в нужном направлении;
• задняя бабка. Часто оснащается дополнительными инструментами для поддержки в нужном положении обрабатываемой заготовки.

Шпиндельная бабка станка

Токарно-карусельные

Все типы токарных станков, которые можно отнести к карусельной группе, обычно предназначены для работы с габаритными заготовками. Они обладают следующими функциональными способностями:

• применяются для точения поверхностей цилиндрической или конической формы;
• используются для прорезки пазов различной конфигурации;
• при необходимости выполняется шлифовка, фрезеровка и подрезка торцов;
• существует возможность выполнения резьбы.

В состав данного станка входит стол, на котором находится планшайба. Также присутствуют стойки, где передвигается траверса, оборудованная суппортами.

Лоботокарный

Основное предназначение лоботокарного станка – обработка цилиндрических, конических и лобовых деталей. В оборудовании данного типа ось вращения заготовки размещается горизонтально.

Токарно-револьверные

Все виды токарных станков, которые можно отнести к револьверной группе, предназначены для обработки деталей из калиброванного прутка. Данное оборудование способно выполнить широкий спектр технологичных операций:

• точение и расточка;
• зенкерование;
• сверление;
• фасонное точение;
• формировка резьбы;
• развертывание.

Специфическое название станка вызвано особым способом крепления всех инструментов. Они устанавливаются в специальном держателе – статическом или приводном. Последний тип обеспечивает агрегат широким спектром возможностей. С его помощью можно осуществлять сверление, фрезеровку, нарезку резьбы.

Токарно-револьверный автомат

Токарно-фрезерный обрабатываемый центр

Данное оборудование сочетает в себе функциональные способности фрезерного и токарного станка. В состав его конструкционных элементов входит фрезерная головка под конус, которая обеспечивает выполнение множества операций, поэтому способна достойно конкурировать с револьверным типом. В данном случае для точения выполняется металлорежущими резцами. Они  устанавливаются во фрезерную головку, что повышает их функциональные возможности.

Автомат продольного точения

Предназначение автомата продольного точения заключается в изготовлении небольших деталей при серийном производстве из различных прутков, фасонного профиля и проволоки, которая свернута в бунт. Его используют для обработки заготовок, которые изготовлены из меди, легированной стали и многих других металлов.

Автоматы продольного точения оснащаются следующими типами шпиндельных бабок – неподвижными и подвижными. Также данные агрегаты могут быть револьверными, одношпиндельными. Первые имеют некоторые преимущества, поскольку способны одновременно выполнять несколько операций.

Многошпиндельные токарные станки

Такие автоматы предназначены для обработки сложных заготовок, которые сформированы из холоднотянутых прутков разного сечения или из труб. В основном их используют для обеспечения потребностей серийного производства. С их помощью осуществляют следующие операции:

• точение, растачивание и подрезку;
• сверление;
• развертывание;
• формирование резьбы;
• зенкерование.

Высокая производительность такого автомата обеспечивается большой мощностью приводного механизма, достаточной жесткостью конструкции, способностью одновременно выполнять несколько операций.

Настольные

Основная отличительная черта такого станка – он фиксируется на специальном столе. Данный тип агрегатов имеет небольшие габариты и вес.

С его помощью можно выполнять широкий перечень различных технологических операций по обработке деталей, изготовленных из металла, дерева, пластика. Также агрегаты настольного типа способны выполнять сверление, расточку или фрезеровку.

В основном такое оборудование используется в домашних условиях или для обеспечения потребностей мелкосерийного производства. Его преимуществом считают низкий уровень энергопотребления, небольшая стоимость. Во время работы настольных станков шум минимален, что очень ценят многие пользователи.

Станки с ЧПУ

Многие станки разного строения оснащены числовым программным управлением или ЧПУ. Они отличаются высокой продуктивностью работы, точностью и легкостью эксплуатации.

При внедрении ЧПУ в основном используют такие типы систем:

• разомкнутые. Подразумевают применение одного потока информации. Такой агрегат первым делом расшифровывает данные, только после чего передает заданные команды всем механизмам;
• замкнутые. Данная система работает с применением двух потоков информации, которые принимаются от считывающего и измеряющего механизма;
• самонастраивающиеся. Корректируют всю информацию на основании изменений, которые происходят во время обработки деталей.

Также станки с ЧПУ разделяют на типы в зависимости от того, как происходит управление основными рабочими процессами:

• позиционные. Подразумевают установку механизма для обработки деталей в нужном положении, только после чего начинается сам процесс работы;
• прямоугольные. Данные системы используют для обработки заготовок, которые имеют ступенчатую форму. Они способны автоматически переключать продольную и поперечную передачи;
• контурные. Обеспечивают беспрерывную работу агрегата в соответствии с заданными параметрами.

Станки с бесступенчатым приводом

Бесступенчатый привод обеспечивает токарное оборудование возможностью непрерывного изменения частоты вращения шпинделя. При помощи данного агрегата можно осуществлять обработку внутренней и внешней поверхности заготовок. При этом весь рабочий процесс происходит при наличии самых лучших скоростных параметров.

Также станки с бесступенчатым приводом отличаются долгим сроком службы, простотой управления и надежностью. Отчасти это обеспечивается отсутствием коробки скоростей. Регулировка частоты вращения шпинделя происходит механическим, электрическим и гидравлическим путем.

Трубонарезные агрегаты

Данные токарные станки узкоспециализированы. Они применяются только для нарезки труб, изготовленных из стали. Также они могут производить обработку их торцов, наносить резьбу с нужными характеристиками. Данные агрегаты широко используются в разных отраслях промышленности, в том числе в нефтяной и газодобывающей, геологоразведке.

Если трубонарезный станок оснащен ЧПУ, он работает по следующей схеме:

• заготовка в виде трубы фиксируется с двух концов в патроне;
• устанавливается программа, которая способна автоматическим образом устранить все дефектные части детали;
• для выполнения дополнительных операций станок оснащается револьверной головкой, патронами разного типа, резцерезкой.

Чтобы обеспечить долгий срок службы подобного оборудования, его направляющие элементы подвергаются закалке и шлифовке. Это также позволяет повысить точность агрегата, что очень важно для эффективной работы.

Токарные станки с ЧПУ

Современные высокопроизводительные станки, постепенно вытесняют универсальные токарные станки. Упрощенная кинематика, высокоточные перемещения, возможность многоинструментальной обработки. Закрытая зона резания предотвращает разброс стружки и разбрызгивание СОЖ. Возможность установки гидравлического патрона повышает производительность. См ТС1625Ф3, ТС16К20Ф3

Опции противошпиндель, приводной инструмент, ось Y и прочее превращают станки в токарные обрабатывающие центры. Чаще всего выполнены в виде станков с наклонной станиной. См ТС1720Ф3, ТС1720Ф4

Маркировка токарных станков

Чтобы понять, какими конструкционными особенностями обладают токарные агрегаты, какая их сфера применения, следует обращать внимание на маркировку оборудования.

Она состоит из нескольких цифр, каждая из которых имеет свое значение:

• первая цифра это обязательно 1. Она обозначает, что данный агрегат относится к токарной группе;
• вторая цифра маркировки обозначает тип токарного станка;
• третья и четвертая цифра указывает на высоту его основных центров.

Внимательно изучив все особенности маркировки токарных станков и их классификацию, можно понять принцип их работы.

Видео по теме: Устройство и принцип работы токарного станка с ЧПУ

Управляющая программа

Токарный станок с ЧПУ выполняет обработки детали на основе параметров управляющей программы (УП). Изготовление деталей без нее невозможно. Выбор управляющей программы зависит от области применения. Она может быть разработана самостоятельно специалистом, или приобретена уже готовой. Второй способ используется при изготовлении станком деталей со стандартными параметрами.

В большинстве же случаев при применении станков для производства новых деталей требуется создание индивидуальной управляющей программы. УП состоит из набора последовательных действий, необходимых для изготовления конкретной детали.

При помощи команд настраивается:

• перемещение рабочих инструментов;
• перемещение заготовки;
• скорость токарной обработки детали.

Программа пишется при помощи специального софта, устанавливаемого на компьютер. Для создания УП чаще всего используются приложения:

• AutoCAD;
• T-FlexCAD;
• NanoCAD;
• ArtCam;
• SolidWorks.

Управляющая программа создается в несколько этапов. На первом этапе разрабатывается трехмерная модель будущей заготовки. Эта работа осуществляется дизайнерами-программистами, использующими вышеуказанное программное обеспечение. После этого модель сохраняется в файл определенного формата, совместимого с управляющим блоком станка.

На втором этапе выполняется создание управляющей программы. Она включает комплекс команд, которые при последовательном выполнении создают реальную заготовку по ранее разработанной трехмерной модели. Управляющая программа также сохраняется в отдельный файл, который можно считывать со съемных носителей.

На третьем этапе УП загружается управляющий блок токарного станка, и запускается. Первый запуск является пробным, поскольку часто возникает необходимость в доработке программы. В этом случае сохраняются ошибки, при помощи программа которых программа корректируется, и снова загружается в ЧПУ станка. Если тестовый запуск показал соответствие нужным требованиям, разработка программы официально завершена, и ее можно использовать для чистовой обработки, и запускать в серийное производство.

Лоботокарные станки

Для обработки заготовок, диаметр которых намного превышает их высоту (шкивы, железнодорожные колеса, маховики) используются лоботокарные станки. Поверхность обработки может быть как цилиндрической, так и конической. Есть возможность протачивать канавки, обрабатывать торцы.

Планшайба, диаметром до 4 метров, расположена вертикально, задняя бабка отсутствует. Станки для обработки особо крупных деталей состоят из двух частей, расположенных на разных основаниях: суппорт расположен обособленно. Планшайба у них имеет специальную выемку для закрепления заготовок с размерами, превышающими ее диаметр.

Токарно-затыловочные станки

Затылование — это специальный метод заточки задних поверхностей обрабатывающих инструментов: различного рода фрез, инструментов для сверления и нарезания резьбы. Такая операция проводится для сохранения формы инструмента при длительной эксплуатации.

По конструкции затыловочный станок похож на винторезный станок, но имеет свои особенности. Обрабатываемый инструмент вращается шпинделем. Режущий инструмент вместе с суппортом совершает линейные возвратно-поступательные движения в радиальном направлении, при этом проходит (затылует) обрабатываемый инструмент на один зуб.

Токарные автоматы и полуавтоматы

Современные токарные станки осуществляют обработку в автоматическом и полуавтоматическом режимах. В станках-полуавтоматах загрузка заготовок и снятие готовых изделий производится оператором.

Станки выпускаются с вертикально и горизонтально вращающимся шпинделем. Станки с вертикально расположенным шпинделем, благодаря отсутствию изгибающих сил на ось вращения шпинделя, обладают значительно большей точностью обработки.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...