Надо Знать

добавить знаний



Токарная группа станков



План:


Введение

Универсальный токарно-винторезный станок
Токарно-винторезный станок с ЧПУ
Токарный деревообрабатывающий станок

Станки токарной группы предназначены для обработки наружных и внутренних поверхностей тел вращения ( цилиндрической, конической и фасонных), обработки плоских торцевых поверхностей (подрезание торцов), нарезания резьбы и других работ. Для обработки отверстий используются сверла, зенкеры, развертки и др.. Для нарезания резьбы рядом с Резьбонарезные резцы часто используют метчики и плашки.

Главное движение у всех станков токарной группы - вращение заготовки. Подачей является поступательное перемещение инструментов вдоль или поперек оси шпинделя (продольная или поперечная).

В машиностроении станки токарной группы составляют 30-40% от общего парка металлорежущих станков. В зависимости от масштаба производства, конфигурации, размеров и массы деталей их обработка осуществляется на токарных станках различных типов.

Токарно-винторезные станки предназначены для выполнения всех основных видов токарных работ в условиях единичного и мелкосерийного производства.

Лобные и токарно-карусельные станки применяются для обработки крупных деталей большого диаметра и относительно малой высоты. Наибольшее распространение они получили на заводах тяжелого машиностроения.

Многорезцовые токарные станки применяются для изготовления деталей, на которых возможна одновременная обработка поверхностей несколькими резцами в условиях многосерийного и массового производства. Токарно-револьверные станки используют при обработке небольших деталей, преимущественно с центральными отверстиями в условиях серийного производства.

Токарные автоматы и полуавтоматы применяются для обработки при крупносерийном и массовом производствах.

Токарные станки с числовым программным управлением (ЧПУ) внедряются средства автоматизации при мелкосерийном выпуске продукции и является основным типом станков, предназначенных для построения гибких автоматических производств.


1. История

Токарный станок в простом виде был видом еще во II тысячелетии до н. е. Доказательствами этого служат резцы которые были найдены в 1949 проф. Б. Куфтина при раскапывании Анневського кургана в Грузии [1]. Резец, который был найден, имел режущие кромки на обоих концах стержня, причем их геометрические формы разные. Цей 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].

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

На территории 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. В начале 18 в. 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, хрещатий 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 (нем. Pittler ) і Людвіг Леве (нем. Ludwig Lowe ) В Германии [7]. Флагманами производства станков в то время были "Reinecker", "Schiss", "Heimer und Pielz", "Waldrich", "Weisser". На территории Российской империи станки сначала изготовлялись на Тульском кладовую заводе, в дальнейшем появились заводы в Ижевске, Луганске и Москве.


2. Основные типы токарных станков

По классификации группа токарных станков делится на 9 подгрупп (типов):

  • Автоматы и полуавтоматы одношпиндельные;
  • Автоматы и полуавтоматы многошпиндельные
  • Револьверные;
  • Центровально-отрезные;
  • Карусельные;
  • Токарные и лобовые;
  • Многорезцовые;
  • Специализированные;
  • Разные.

Ниже приводится краткое описание основных типов станков токарной группы по времени их изобретения.

2.1. Токарные станки

Токарные станки являются наиболее распространенными в машиностроении, к токарным станкам также относят токарно-винторезные станки которые являются модификацией токарных. Токарно-винторезные станки являются уживаниши, по сравнению с токарными, так как в состав данных станков входит механизм, согласовывает главное движение с движением подачи и тем самым позволяет нарезать резьбу различных типов (метрическую, дюймовую, модульную, питчевых и торцов). Станки обычно имеют высокую жесткость, достаточную мощность, высокие частоты вращения шпинделя, что позволяет обрабатывать детали на повышенных режимах резания. При обработке сложных криволинейных поверхностей на станках можно применять гидрокопиювальний суппорт, автоматизирует процесс обработки. При обработке отверстий задняя бабка с помощью специального замка может соединяться с суппортом и получать механическую подачу. В фартуке есть пружинная муфта, что позволяет обрабатывать детали по упорам, также автоматизирует процесс обработки. Станки данной группы является наиболее широко.


2.2. Токарно-лобовые станки

Лобовые токарные станки применяются для изготовления деталей большого диаметра и малой длины. Обрабатываемая заготовка устанавливается на планшайбе, закрепленной на шпинделя. Резец устанавливают в резцедержателе. В передней бабке размещена коробка скоростей. Подача суппорта осуществляется от шпинделя через коробку подач и ходовой вал.

К недостаткам лобных станков относятся трудности установки, выверки и закрепления заготовки, а также возникновение вибраций вследствие большого веса заготовки. Вследствие этих причин лобовые станки уступают карусельные станки.


2.3. Токарно-карусельные станки

Токарно-карусельный станок

Токарно-карусельные станки предназначены для изготовления деталей большого диаметра и малой длины.

В токарно-карусельных станках ось шпинделя расположены вертикально, а торцевая плоскость планшайбы расположена в горизонтальной плоскости, вследствие чего в значительной степени облегчается установка, выверка и закрепление заготовок. Вес заготовки и силы резания воспринимаются круговыми направляющими планшайбы, поэтому шпиндель разгружен от изгибающих напряжений и напряжений кручения, в отличие от лобовых станков. Уникальные карусельные станки для изготовления деталей турбин имеют планшайбу диаметром до 18 метров.


2.4. Токарно-револьверный станок

Токарно-револьверный станок - станок токарной группы с револьверной головкой (вместо задьои бабки), применяется для многоинструментальные обработки сложных по конфигурации поверхностей из пруткового материала и штучных заготовок. На револьверных станках выполняют операции точения, расточка, сверление, зенкерование, накатки резьбы и др.. Широкое применение получили револьверные полуавтоматы, главным образом отделочные патроны с ЧПУ.


2.5. Центровально-отрезные станки

Станки данного типа предназначены для одновременной разрезки и центрирования заготовки. К преимуществам станков данного типа можно отнести, то во время обработки заготовки, происходит соединение двух операций в одну, это позволяет значительно сократить технологическое время.

2.6. Багаторизцевий токарный станок

Багаторизцевий токарный станок - станок токарной группы, на котором происходит обработка заготовок одновременно несколькими резцами, установленными на продольном и поперечном суппортах. Каждый из резцов обрабатывает определенный участок детали, что значительно сокращает суппорта. Существуют многорезцовые токарные автоматы и полуавтоматы.

2.7. Токарные автоматы и полуавтоматы

Станок токарной группы с ЧПУ

Автоматами называются станки, в которых автоматизированы все рабочие и вспомогательные движения, необходимые для выполнения технологического цикла обработки детали. В обязанности рабочего, обслуживающего станок, входят периодическое загрузки заготовками, периодический контроль размеров и качества обработанных деталей, подналадки станка, а также общее наблюдение за его работой. Токарные автоматы подразделяются на однопшиндельни и многошпиндельные, применяются для изготовления деталей из прутка, но в некоторых случаях из штучных заготовок.

Одношпиндельные автоматы подразделяются на револьверные, фасонно-отрезные и фасонно-продольные. Многошпиндельные автоматы выпускаются двух разновидностей: станки параллельного действия и станки последовательного действия (многопозиционные). В станках параллельного действия на всех шпинделях происходят одинаковые операции, то есть в течение одного цикла каждая деталь полностью обрабатывается в одной позиции. Эти станки представляют собой несколько одношпиндельных автоматов, объединенных в один агрегат, и предназначены для обработки деталей простой формы. В станках последовательного действия заготовка обрабатывается последовательно в нескольких позициях.

Полуавтоматами называются станки, в которых процесс обработки осуществляется без участия рабочего. Установку и закрепление заготовки, а также снятия готовой детали делает рабочий. Токарные полуавтоматы подразделяются на одношпиндельные и многошпиндельные, на горизонтальные и вертикальные, применяются для обработки штучных заготовок.


2.8. Специализированные токарные станки

Станки данного типажа имеют узкоспециализированное направление. В данный тип станков вошли:

  • Вальцетокарные;
  • станки для обработки слитков;
  • для обработки зализничнодорожних осей и колесных пар;
  • токарные многорезцовые полуавтоматы для обработки коленчатых валов;
  • станки для обработки валов двигателей внутреннего сгорания;
  • токарно-отрезные прутковые автоматы;
  • токарно-бесцентрово станки для обточки гладких валов;
  • трубо-и муфтооброблюючи автоматы.

К специализированным токарных станков также относят ризьботокарни и патронные-центру сферотокарни станки.


3. Устройство станков токарной группы

Станки имеют следующие основные узлы:

  • станина служит для монтажа всех основных узлов станка и является его основой. Ответственной частью станины является направляющие, на которых происходит перемещение каретки суппорта и задней бабки;
  • передняя бабка закреплена на левом конце станины. В ней находится коробка скоростей станка, основной частью которой является шпиндель. В некоторых станках коробка скоростей находится в передней тумбе станины. В этом случае она связана со шпинделем ременной передачей. Такие станки называют станками с разделенным приводом;
  • коробка подач служит для передачи вращения шпинделя от отдельного привода ходового вала или ходового винта, а также для изменения их частоты вращения, для получения необходимых подач или определенного шага при нарезании резьбы. Это достигается изменением передаточного отношения коробки подач. Коробка подач связана со шпинделем станка гитарой со сменными зубчатыми колесами;
  • фартук, в котором вращение винта или вала преобразуется в поступательное движение суппорта с инструментом;
  • задняя бабка, в пиноли в которой может быть установлен центр для поддержки обрабатываемой заготовки или осевой инструмент (сверло, развертка и т.п.) для обработки центрального отверстия в заготовке, закрепленной в патроне;
  • суппорт служит для закрепления инструмента в резцовой каретке и сообщения ему движения подачи. Суппорт состоит из нижнего салазок (каретки), который перемещается по направляющим станка. По направляющим нижнего салазок в направлении, перпендикулярном линии центров, перемещаются поперечный салазки, на которых расположена резцовая каретка с резцедержателя. Резцовая каретка смонтирована на поворотной части, которую можно устанавливать под углом к ​​линии центров станка.
  • Суппорт

  • Коробка подач, коробка передач, передня бабка

  • Задня бабка

  • Трикулачковий ексцентриковий патрон з устаткуванням для закріплення заготовок


4. Инструмент

Величезна кількість робіт, виконуваних на верстатах токарної групи, обумовлює розмаїтість типів токарних різців.

Будь-який різець складається з ріжучої частини і стрижня, за який здійснюється його закріплення у верстаті. Залежно від форми головки різця, її положення щодо стрижня і розташування головної ріжучої крайки, різці підрозділяються на праві і ліві, прямі, відігнуті і різці з відтягнутою головкою.

Типи токарних різців; 1 і 2 - відповідно ліві і праві різці; 4, 6, 7 - прямі різці; 9, 13 - відогнуті; 3, 5 - відрізні з витягнутою голівкою; 4, 7, 8, 9 - прохідні; 11 - прохідний упорний; 12 - підрізний; 13, 14 - розточні; 16 - фасонний; 10, 15 - для нарізання різби, зовнішньої і внутришньої відповідно

За призначенням різці підрозділяються на прохідні і прохідні упорні, застосовувані при обробці зовнішніх поверхонь тіл обертання, підрізні, використовувані при обробці торцевих поверхонь, відрізні, призначені для розрізування заготовок або відрізання готової деталі від заготовки. Якщо відрізний різець при своєму переміщенні не доведений до осі, то на деталі буде утворена канавка. Розточувальні різці застосовуються для розточування в заготовці відповідно наскрізних і глухих отворів.

Фасонні різці мають спеціально спрофільовану ріжучу крайку, профіль якої копіюється на оброблюваній заготовці. У якості однієї з різновидів фасонних різців можна назвати різьбові різці для нарізування зовнішнього і внутрішнього різьб.

Залежно від необхідної шорсткості обробленої поверхні застосовують чорнові і чистові різці. Чистові різці можуть мати великий радіус закруглення вершини різця, чистову ріжучу крайку або широке ріжуче лезо.

В теперішній час 80-85% всіх різців оснащені пластинами із твердих сплавів. Конструктивно ці різці виконуються по-різному: із пластинами, напаяними на державку; з механічним кріпленням пластинок, з механічним кріпленням ріжучих вставок з напаяними пластинками і т. д.

Велике поширення одержали різці з багатогранними непереточувальними пластинами. Після затуплення чергової крайки пластина повертається наступною гранню, а після затуплення всіх крайок повертається в переробку.

Також в якості інструментів для обробки на верстатах токарної групи використовують осьовий різальний інструмент - свердла, зенкери, розгортки, якими проводять обробку внутрішніх циліндричних поверхонь і отворів.


4.1. Вимоги до інструментів

Змінна чотиригранна пластина з твердого сплаву до токарного різця

На токарних верстатах застосовують різноманітний різальний інструмент. Кожен різальний інструмент працює в важчих умовах, ніж будь-яка деталь машини, тому до матеріалу інструмента пред'являються особливі вимоги.

Перша вимога - висока твердість. Якщо твердість інструмента нижче твердості заготовки, то він буде м'яти, а не різати. Твердість інструмента HRC 60?65, а заготовки HRC 15?20. Меншу твердість мають свердла, зенкера і мітчики.

Друга вимога - висока зносостійкість, тому що інструмент зазнає велике тертя і піддається зношуванню.

Третя вимога - висока теплостійкість, тобто здатність зберігати ріжучі властивості при високій температурі. Твердість вуглецевої інструментальної і швидкорізальної сталі приблизно однакова, але теплостійкість вуглецевої стали 200 ?C, швидкорізальної 600 ?C.

Четверта вимога - висока механічна міцність, тому що інструмент при роботі сприймає значні сили різання. Матеріал інструмента повинен добре працювати на вигин і стиск. Крім цього матеріал інструмента повинен мати гарну теплопровідність, добре шліфуватися і прожарюватися.

Використають такі матеріали для виготовлення інструментів: вуглецеві інструментальні і леговані інструментальні сталі; швидкорізальні сталі; тверді сплави; мінералокераміку; надтверді матеріали і алмази.


5. Режими обробки

Процес нарізання різьби на токарно-гвинторізному верстаті

Робота різального інструменту повинна проводитися за найвигіднішим режимом різання, що забезпечує найбільшу продуктивність при найменшій собівартості обробки деталі і при виконанні технічних вимог креслення.

При токарній обробці режим різання визначається глибиною різання t (мм), подачею S (мм/об) і швидкість різання v (м/хв).

Глибиною різання називається найкоротша відстань між оброблюваною і обробленою поверхнями, тобто величина заглиблення різця в матеріал. При зовнішньому поздовжньому обточуванні глибина різання дорівнює напіврізниці діаметрів до D і після d робочого кроку різця, мм:

t = \frac{D-d}{2} .

При розточуванні глибина різання являє собою напіврізницю між діаметром отвору після обробки і діаметром отвору до обробки. При підрізанні глибиною різання є розмір шару матеріалу, що зрізується, і вимірюваний перпендикулярно до обробленого торця, а при прорізанні канавок і відрізанні глибина різання дорівнює ширині канавки.

Подачею при точінні називається величина переміщення різця за один оберт заготовки.

Швидкістю різання при зовнішньому точінні називається довжина шляху, що проходить за одну хвилину точкою, розташованою на оброблюваній поверхні деталі. Якщо відстань n (мм), пройдена точкою помножити на частоту обертання шпинделя n (об/хв), то одержимо шлях, пройдений цією точкою за хвилину.

Вибір глибини різання визначається припуском на обробку і вимогами до точності і шорсткості поверхні. При високих вимогах до точності і малої шорсткості обробленої поверхні припуск, що перевищує 2 мм, варто знімати за два, а при нерівномірності припуску - за три проходи.

Люнет для підтримання довгих деталей

Подачу вибирають за таблицями режимів різання. Більші значення подач варто брати при обробці м'яких сталей і при роботі в центрах при відношенні L/D<6, а також при роботі в патроні, коли це відношення менш двох ( L - відстань між опорами оброблюваної деталі; D - діаметр заготовки). При поперечному точінні і підрізуванні табличне значення подачі зменшують на 30?50 %.

Выбор скорости резки материала резца выбирается в зависимости от глубины резания, подачи и механических свойств заготовки. На практике скорость резания принимают в соответствии с допустимой стойкости инструмента. Устойчивость твердосплавного резца 60 ... 90 мин. При такой устойчивости износа резца по задней поверхности допускается не более 1 мм. Износ по задней поверхности резца более 1 мм допускать не следует, так как это приводит к увеличению расхода твердого сплава и времени для переточки резца. Приближение лунки износа резца по передней поверхности к режущей кромке допускается не менее чем 0,2 мм. При уменьшении этого расстояния возрастает опасность разрушения режущей кромки.


6. Устройства

Токарные центра

Устройства для токарных станков по назначению можно разделить на три группы:

  1. устройства для закрепления обрабатываемых заготовок;
  2. вспомогательный инструмент для закрепления режущего инструмента;
  3. устройства, расширяющие технологические возможности станков, т.е. позволяют делать не свойственные этим станкам работы (фрезерование, одновременное сверления нескольких отверстий и т. д.).
Цанги

Устройства и режущий инструмент составляют технологическое оснащение станка. По степени специализации устройства делятся на универсальные, специализированные и специальные.

Универсальные устройства применяют для закрепления заготовок, размеры которых в значительной степени отличаются между собой (например, универсальный трикулачковий патрон).

Специализированные устройства ( цанговые и мембранные патроны, оправки и др.). применяются при обработке группы деталей, сходных по размерами, конфигурацией и технологией изготовления.

Специальные устройства применяются при обработке определенных деталей или при выполнении определенной операции.

Универсальные устройства используются в единичном и мелкосерийном производстве, а специализированные и специальные - в крупносерийном и массовом.


7. Пути повышения производительности обработки

Трудоемкость станочной обработки может быть снижена путем сокращения машинного или вспомогательного времени операции, а также общего сокращения штучного времени за счет многоинструментальные отлаженной обработки одной или нескольких заготовок.

Одновременная обработка нескольких заготовок может выполняться как на одном многошпиндельных станках, так и на нескольких станках при многостаночном обслуживании.

Механическая обработка может осуществляться методом расчленения, т.е. дифференциации операций (за одну установку обрабатывается одна-две поверхности) и методом концентрации операций (простейший вид - последовательная обработка всех поверхностей заготовки за одну или две установки с ее поворотом). Эффективным является метод концентрации с одновременной обработкой нескольких поверхностей одной или нескольких заготовок наборами инструментов.

Основными способами сокращения машинного времени являются:

  • повышение режимов резания,
  • сокращение длины и числа переходов инструмента,
  • сочетания операций и одновременная обработка нескольких заготовок.

Повышение режимов резания осуществляется за счет применения более рациональных режимов резания, прогрессивных конструкций режущего инструмента и оснастки.

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 сложной формы на планшайбе требует достаточно длительной выверки рейсмусом или индикатором. Сократить время установления в этих случаях можно за счет применения различного рода упоров, штырей и фиксаторов для базирования по отверстиям, призматических базируясь устройств заготовки по внешним цилиндрических поверхностях и т.д.

Для сокращения времени смены инструмента используются также различные приспособления, например поворотная револьверная головка, дополнительный задний резцедержатель на суппорте и др.. Поворотная револьверная головка, установленная в пиноли задней бабки, имеет 4 - 6 инструментов (сверла, зенкеры, развертки, метчики для полной обработки отверстий). Она значительно сокращает вспомогательное время по сравнению с установкой и снятия инструментов конусном отверстии пиноли.

Сокращение времени на измерения достигается при работе с упорами, при измерениях размеров во время работы станка и при обработке отверстий мерным инструментом.


8. Станкостроения в Украине

Станки токарной группы на территории Украины начали выпускать еще во времена Российской империи, первый завод был построен в Луганске, но бурное развитие предприятий Станкостроительного промышленности пришелся на Советское время. В 30-х в СССР был построен и запущен 7 станкостроительных предприятия, некоторые из них сейчас являются флагманами станкостроительной промышленности Украины и стран СНГ:

  • "Беверс" - бывший Бердичевский завод "Комсомолец", построенный в 1932 г. Производит токарно-револьверные станки [8].
  • ПАО "ВЕРКОН" - бывший Киевский станкостроительный концерн, бывший КЗВА - Киевский завод станков-автоматов имени Горького), основан в 1934 г [9].
  • ОАО "Краматорский завод тяжелого станкостроения "(КЗВВ) рус. КЗТС , Основан в 1937 г. - сегодня крупнейший в Украине [10]. Производит уникальные тяжелые станки, в том числе с ЧПУ.
  • ОАО "Мелитопольский станкостроительный завод им. 23 Октября " [11], что выпускает револьверные автоматы, мелкие специальные и деревобробной станки.
  • ОАО "Верстатуниверсалмаш", построенный в 1970-1974 гг (бывший Житомирский завод станков-автоматов - ЖЗСА) [12]. Выпускает прутковые многошпиндельные автоматы и деревообрабатывающие станки.
  • Одесский опытно-механический завод выпускал несколько моделей токарных станков.

код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам