Токарна група верстатів

Вступ

Верстати токарної групи призначені для обробки зовнішніх і внутрішніх поверхонь тіл обертання (циліндричної, конічної і фасонних), обробки плоских торцевих поверхонь (підрізання торців), нарізування різьби і деяких інших робіт. Для обробки отворів використовуються свердла, зенкери, розгортки та ін. Для нарізування різьб поряд із різьбонарізними різцями часто використають мітчики і плашки.

Головний рух у всіх верстатів токарної групи -- обертання заготовки. Подачею є поступальне переміщення інструментів уздовж або поперек осі шпинделя (поздовжня або поперечна).

У машинобудуванні верстати токарної групи складають 30--40 % від загального парку металорізальних верстатів. Залежно від масштабу виробництва, конфігурації, розмірів і маси деталей їхня обробка здійснюється на токарних верстатах різних типів.

Токарно-гвинторізні верстати призначені для виконання всіх основних видів токарних робіт в умовах одиничного і дрібносерійного виробництва.

Лобові і токарно-карусельні верстати застосовуються для обробки великих деталей великого діаметра і відносно малої висоти. Найбільше поширення вони одержали на заводах важкого машинобудування.

Багаторізцеві токарні верстати застосовуються для виготовлення деталей, на яких можлива одночасна обробка поверхонь декількома різцями в умовах багатосерійного і масового виробництва. Токарно-револьверні верстати використовують при обробці невеликих деталей, переважно із центральними отворами в умовах серійного виробництва.

Токарні автомати і напівавтомати застосовуються для обробки при багатосерійному і масовому виробництвах.

Токарні верстати із числовим програмним керуванням (ЧПК) впроваджуються для автоматизації виробництва при дрібносерійному випуску продукції і є основним типом верстатів, призначених для побудови гнучких автоматичних виробництв.

Історія

Токарний верстат у простому вигляді був відом ще у ІІ тисячолітті до н. е. Доказами цього служать різці які були знайдені в 1949 проф. Б. Куфтіним при розкопуванні Анневського кургану у Грузії[1]. Різець, що був знайдений, мав ріжучі кромки по обох кінцях стрижня, причому їх геометричні форми різні. Даний різець застосовувався для обробки деревини, золота та срібла. Відомий[2] також кам'яний рельєф, який відносять до еліністичної епохи Єгипту (близько 300 до н. е.) на якому можна побачити, уперше, токарний верстат. Він мав дві стійки із центрами, між якими знаходилася деталь, що оброблялася. Її закріплення відбувалося зв'язуванням кінців стійок, які далеко виступали за лінію центрів. На деталь, що оброблялась накидували шнур, перетяганням якого забезпечувалося обертання. Одна людина обертала деталь, а інша вручну підставляла різець і знімала шар матеріалу. Перші відомості[3] про гайку яка була виточена на токарному верстаті відносять до 362 р. н. е. Виготовлення токарних виробів з деревини, рогу, кістки і алебастру у римлян було розвинуто дуже широко, вони навіть мали спеціальний термін для позначення токарного верстата -- Tornus, а токаря -- Tornator. Ці терміни перейшли у романські мови.

Одним із головних модернізаторів токарного верстата у середньовіччі був Леонардо да Вінчі, який винайшов токарний верстат у якого рух шпинделя відбувався за допомогою ножної педалі. Також він у 1490 винайшов пристосування для підтримки різального інструмента[4].

У 1571 Жак Бессон сконструював токарний верстат з власною самостійною механічною подачею ходового гвинта.

На території Київької Русі також існувало токарне виробництво. Перші відомості можна знайти у Новгородській інвентарній книзі 15 ст. де в записі «Якимо-токар» було описано три типи токарних верстатів. В 16 -- 17 ст. токарне виробництво настільки розширилося, що з'явилися перші спеціальні майстерні-токарні, які займалися виготовленням деревяного посуду. Так при облозі Троїцько-Сергієвої лаври у 1608 було помічено факт існування в ній токарні[5].

У 17 ст. з'явилися токарні верстати, у яких виріб, що оброблявся, приводився в рух уже не м'язевою силою токаря, а за допомогою водяного колеса, але різець, як і раніше тримав у руці токар. На початку 18 ст. токарні верстати всі частіше стали використовувати для різання металів, а не дерева, і тому проблема твердого кріплення різця і переміщення його уздовж поверхні, що обробляється, була досить актуальною. Уперше проблема самохідного супорта була успішно вирішена в копіювальному верстаті А. К. Нартова у 1712.

Вже починаючи з 1750 токарні верстати мали всі сучасні елементи такі як ходовий гвинт, колеса зміни частот обертання, хрестоподібний супорт, відом[6] також копіювальний токарний верстат 1741.

Технічна революція 19 ст. викликала бурхливий розвиток металообробних верстатів, у тому числі і токарних верстатів. Металообробні верстати того часу були основою виробництва машин машинами. Перший токарний автомат з магазином, із розподільчим валом, з плоскими і циліндричними кулачками був створений Спенсером (англ. Spenser) у 1873. Перший револьверний прутковий автомат був створений у 1880, який став прототипом для появи багатьох револьверних автоматів: Пратт Вітней (англ. Pratt and Whitney) в Америці, Пітлер (нім. Pittler) і Людвіг Леве (нім. Ludwig Lowe) в Німеччині[7]. Флагманами виробництва верстатів у той час були «Reinecker», «Schiss», «Heimer und Pielz», «Waldrich», «Weisser». На території Російської імперії верстати спочатку виготовлялись на Тульському зброярному заводі, в подальшому з'явилися заводи в Іжевську, Луганську та Москві.

Основні типи токарних верстатів

За класифікацією група токарних верстатів поділяється на 9 підгруп (типів):

Автомати і напівавтомати одношпиндельні;

Автомати і напівавтомати багатошпиндельні

Револьверні;

Центрувально-відрізні;

Карусельні;

Токарні і лобові;

Багаторізцеві;

Спеціалізовані;

Різні.

Нижче приводиться короткий опис основних типів верстатів токарної групи за часом їх винайдення.

Токарні верстати

Токарні верстати є найбільш поширеними у машинобудуванні, до токарних верстатів також відносять токарно-гвинторізні верстати які є модифікацією токарних. Токарно-гвинторізні верстати є більш уживані, у порівнянні з токарними, тому що до складу даних верстатів входить механізм, що узгоджує головний рух з рухом подачі і тим самим дозволяє нарізати різьбу різних типів (метричну, дюймову, модульну, пітчеву і торцову). Верстати як правило мають високу жорсткість, достатню потужність, високі частоти обертання шпинделя, і це дозволяє обробляти деталі на підвищених режимах різання. При обробці складних криволінійних поверхонь на верстатах можна застосовувати гідрокопіювальний супорт, що автоматизує процес обробки. При обробці отворів задня бабка за допомогою спеціального замка може з'єднуватися із супортом і одержувати механічну подачу. У фартуху є пружинна муфта, що дозволяє обробляти деталі по упорах, що також автоматизує процес обробки. Верстати даної групи є найбільш розповсюдженими.

Токарно-лобові верстати

Лобові токарні верстати застосовуються для виготовлення деталей великого діаметра і малої довжини. Оброблювана заготовка встановлюється на планшайбі, закріпленої на шпинделі. Різець установлюють у різцетримачі. У передній бабці розміщена коробка швидкостей. Подача супорта здійснюється від шпинделя через коробку подач і ходовий вал.

До недоліків лобових верстатів відносяться труднощі установки, вивірки і закріплення заготовки, а також виникнення вібрацій внаслідок великої ваги заготовки. У результаті зазначених причин лобові верстати поступаються карусельним верстатам.

Токарно-карусельні верстати

Токарно-карусельні верстати призначені для виготовлення деталей великого діаметра і малої довжини.

У токарно-карусельних верстатах вісь шпинделя розташовано вертикально, а торцева площина планшайби розташована в горизонтальній площині, внаслідок чого в значній мірі полегшується установка, вивірка і закріплення заготовок. Вага заготовки і сили різання сприймаються круговими напрямними планшайби, тому шпиндель розвантажений від згинаючих напруг і напруг крутіння, на відміну від лобових верстатів. Унікальні карусельні верстати для виготовлення деталей турбін мають планшайбу діаметром до 18 метрів.

Токарно-револьверний верстат

Токарно-револьверний верстат -- верстат токарної групи з револьверною головкою (замість задьої бабки), застосовується для багатоінструментальної обробки складних за конфігурацією поверхонь з пруткового матеріалу і штучних заготовок. На револьверних верстатах виконують операції точіння, розточування, свердління, зенкерування, накатування різьб та ін. Широке застосування отримали револьверні напівавтомати, головним чином обробні патрони з ЧПУ.

Центрувально-відрізні верстати

Верстати даного типу призначені для одночасної розрізки та центрування заготовки. До переваг верстатів даного типу можна віднести, те що під час обробки заготовки, відбувається поєднання двох операцій в одну, це дозволяє значно скоротити технологічний час.

Багаторізцевий токарний верстат

Багаторізцевий токарний верстат -- верстат токарної групи, на котрому відбувається обробка заготовок одночасно декількома різцями, встановленими на поздовжньому і поперечному супортах. Кожен з різців оброблює певниу ділянку деталі, що значно скорочує час роботи супорта. Існують багаторізцеві токарні автомати і напівавтомати.

Верстат токарної групи з ЧПК

Автоматами називаються верстати, у яких автоматизовані всі робочі і допоміжні рухи, необхідні для виконання технологічного циклу обробки деталі. До обов'язків робітника, що обслуговує верстат, входять періодичне завантаження заготовками, періодичний контроль розмірів і якості оброблених деталей, під налагодження верстата, а також загальне спостереження за його роботою. Токарні автомати підрозділяються на однопшиндельні і багатошпиндельні, застосовуються для виготовлення деталей із прутка, але в деяких випадках зі штучних заготовок.

Одношпиндельні автомати підрозділяються на револьверні, фасонно-відрізні і фасонно-поздовжні. Багатошпиндельні автомати випускаються двох різновидів: верстати паралельної дії і верстати послідовної дії (багатопозиційні). У верстатах паралельної дії на всіх шпинделях відбуваються однакові операції, тобто протягом одного циклу кожна деталь повністю обробляється в одній позиції. Ці верстати являють собою кілька одношпиндельних автоматів, з'єднаних в один агрегат, і призначені для обробки деталей простої форми. У верстатах послідовної дії заготовка обробляється послідовно в декількох позиціях.

Напівавтоматами називаються верстати, у яких процес обробки здійснюється без участі робітника. Установку і закріплення заготовки, а також зняття готової деталі робить робітник. Токарні напівавтомати підрозділяються на одношпиндельні і багатошпиндельні, на горизонтальні і вертикальні, застосовуються для обробки штучних заготовок.

Спеціалізовані токарні верстати

Верстати даного типажу мають вузькоспеціалізоване направлення. В даний тип верстатів увійшли:

вальцетокарні;

верстати для обробки злитків;

для обробки залізничнодорожніх осей і колісних пар;

токарні багаторізцеві напівавтомати для обробки колінчастих валів;

верстати для обробки валів двигунів внутрішнього згоряння;

токарно-відрізні пруткові автомати;

токарно-безцентрові верстати для обточування гладких валів;

трубо- та муфтооброблюючі автомати.

До спеціалізованих токарних верстатів також відносять різьботокарні і патронно-центрові сферотокарні верстати.

Устрій верстатів токарної групи

Верстати мають наступні основні вузли:

станина служить для монтажу всіх основних вузлів верстата та є його основою. Найбільш відповідальною частиною станини є напрямні, на яких відбувається переміщення каретки супорта і задньої бабки;

передня бабка закріплена на лівому кінці станини. У ній знаходиться коробка швидкостей верстата, основною частиною якої є шпиндель. У деяких верстатах коробка швидкостей розміщена в передній тумбі станини. У цьому випадку вона пов'язана зі шпинделем ремінною передачею. Такі верстати називають верстатами з розділеним приводом;

коробка подач служить для передачі обертання шпинделю від окремого привода ходового вала або ходового гвинта, а також для зміни їх частоти обертання, для отримання необхідних подач або певного кроку при нарізуванні різьби. Це досягається зміною передавального відношення коробки подач. Коробка подач пов'язана зі шпинделем верстата гітарою із змінними зубчатими колесами;

фартух, у якому обертання гвинта або валу перетвориться в поступальний рух супорта з інструментом;

задня бабка, у пінолі в якої може бути встановлений центр для підтримки оброблюваної заготовки або осьовий інструмент (свердло, розгортка тощо) для обробки центрального отвору в заготовці, закріпленої в патроні;

супорт служить для закріплення різального інструменту в різцевій каретці і повідомлення йому руху подачі. Супорт складається з нижнього полозка (каретки), що переміщається по напрямних верстата. По напрямних нижнього полозка в напрямку, перпендикулярному лінії центрів, переміщаються поперечний полозок, на яких розташована різцева каретка з різцетримачем. Різцева каретка змонтована на поворотній частині, яку можна встановлювати під кутом до лінії центрів верстата.

Шляхи підвищення продуктивності обробки

Трудомісткість верстатної обробки може бути знижена шляхом скорочення машинного або допоміжного часу операції, а також загального скорочення штучного часу за рахунок багатоінструментальної налагодженої обробки однієї або декількох заготовок.

Одночасна обробка декількох заготовок може виконуватися як на одному багатошпиндельному верстаті, так і на декількох верстатах при багатоверстатному обслуговуванні.

Механічна обробка може здійснюватися методом розчленовування, тобто диференціації операцій (за одну установку обробляється одна-дві поверхні) і методом концентрації операцій (найпростіший вид -- послідовна обробка всіх поверхонь заготовки за одну або дві установки з її поворотом). Більш ефективним є метод концентрації з одночасною обробкою декількох поверхонь однієї або декількох заготовок наборами інструментів.

Основними способами скорочення машинного часу є:

підвищення режимів різання,

скорочення довжини і числа переходів інструмента,

поєднання операцій і одночасна обробка декількох заготовок.

Підвищення режимів різання здійснюється за рахунок застосування більше раціональних режимів різання, прогресивних конструкцій різального інструменту і оснащення.

Поєднання операцій можливо також при використанні декількох інструментів, наприклад одночасне обточування і свердління заготовки, встановленої в патроні (свердла встановлюється в задній бабці), обточування вала із проточуванням канавок різцем, установленим у додатковому задньому різцетримачі, тощо.

Одночасна токарна обробка декількох заготовок здійснюється шляхом обточування однакових заготовок типу кілець, установлених на оправках. Можливо також обточування і свердління прутка з наступною його розрізкою на кільця або шайби.

Скорочення часу встановлення заготовок забезпечується за рахунок застосування швидкодіючих патронів (пневматичних, гідравлічних, електромагнітних) та інших типів механізованих затискачів (самозатискних хомутиків і оправок, рифлених центрів й ін.).

Установка заготовок складної форми на планшайбі вимагає досить тривалої вивірки рейсмусом або індикатором. Скоротити час встановлення в цих випадках можна за рахунок застосування різного роду упорів, штирів і фіксаторів для базування по отворам, призматичних базуючи пристроїв заготовки по зовнішніх циліндричних поверхнях і т.і.

Для скорочення часу зміни інструмента використовуються також різні пристосування, наприклад поворотна револьверна головка, додатковий задній різцетримач на супорті й ін. Поворотна револьверна головка, установлена в пінолі задньої бабки, має 4 -- 6 інструментів (свердла, зенкери, розгортки, мітчики для повної обробки отворів). Вона значно скорочує допоміжний час у порівнянні з установкою і знімання інструментів у конусному отворі пінолі.

Скорочення часу на виміри досягається при роботі з упорами, при вимірах розмірів під час роботи верстата і при обробці отворів мірним інструментом.