Школьный токарный станок по металлу: особенности, принцип работы, модели

Как написать управляющую программу

Программы для работы станков с ЧПУ делаются в три шага, на каждом из которых определяется — как будет выглядеть новая деталь:

Создание трёхмерной модели. Этот этап — создание модели заготовки, с которой будет осуществляться работа. Этим, в основном, занимаются не операторы, а дизайнеры, так как не все так хорошо понимают, как сделать хорошую трёхмерную модель.
Инструкция. Имея трёхмерную модель, оператор задаёт параметры, которые станок должен будет выполнить при работе с заготовкой чтобы получилась деталь.
Тестовый запуск. Он необходим чтобы проверить — правильно ли была написана программа для работы. Ведь если плохую программу сразу, без теста, запустить на станке — он испортит все заготовки. Поэтому оператор смотрит — правильно ли станок выполняет работу с заданной программой, а после смотрит на результат и решает — требуется доработка или нет. Чаще всего она, конечно, требуется, но никаких критических ошибок она вывести не может.

После того как программа была установлена — станок готов к работе. Для написания таких программ существует пять специальных приложений:

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

Сейчас о каждой будет рассказано по отдельности

AutoCAD

Эта программа была разработана компанией Autodesk специально для автоматического проектирования токарных работ. В AutoCAD есть функции трёхмерного моделирования, а также возможность работы с трёхмерными данными сканирования, что позволяет не тратиться на дизайнеров. Но, из-за отсутствия трёхмерной параметризации эта программа не является лучшим выбором.

T-FlexCAD

Эта программа была разработана для разработки разного вида работ с токарными станками. Имеет все нужные для этого функции, но лучшим выбором не является и популярностью не пользуется.

NanoCAD

Эта программа может работать как с трёхмерными, так и с двухмерными моделями. С её помощью могут проводиться расчёты работ, готовятся 3D и 2D модели, разнообразные чертежи и ещё много чего. Благодаря этой программе значительно облегчается работа операторов.

ArtCam

Эта программа нужна исключительно для создания трёхмерной модели. Расчёты работ или что-то подобное на ней производиться не может, зато модели получаются очень качественные.

SolidWorks

Это уже непросто программа, а целый программный комплекс. Выпущен он был ещё в 1995 году, но до сих пор считается одним из лучших среди разработки программ для токарных станков системой ЧПУ. Правда, стоит этот программный комплекс прилично, зато принцип «цена равна качеству» он прекрасно показывает.

Классификация токарного оборудования

Система классификации для данного вида оборудования создана ещё в СССР. Согласно этим правилам, станки – агрегаты, обрабатывающие заготовки из металла, представляющие первую категорию. Любое приспособление из данной группы способно представлять одну из следующих групп:

Устройства со специальным назначением.
Станки специального назначения, обычного и автоматического типа.
Агрегаты для полировки, с резцами.
Лобовые и винторезные типы оборудования.
Модели «карусельной» системы.
Станки, отрезающие материал.
Разновидность под названием «револьвер».
Установки с большим количеством шпинделей, автоматические полностью или наполовину.
Агрегаты токарного типа, где шпиндель – один. Автоматические на половину, полностью.

Следующие разновидности выделяются в зависимости от точности обработки:

П – повышенный уровень.
А – высокий показатель точности.
Н – нормальный показатель.
В – точность высокого уровня.
С – точность особой категории.

От той или иной категории зависят определённые технические характеристики. Кроме того, легче становится определить подходящую сферу применения. Маркировка приспособлений так же помогает узнать о том, какие параметры характерны для той или иной модели. Такие обозначения могут состоять из следующих компонентов:

При использовании единицы в качестве начальной формы. Она показывает, что покупатель имеет дело с токарным станком, а не каким-либо другим.
Далее идёт число, обозначающее принадлежность к тому или иному типу моделей.
Центры приспособления имеют разную высоту, обозначаемую третьими и четвёртыми цифрами.

Маркировка агрегатов может содержать и обозначения в виде букв. Они используются, чтобы сообщить о тех или иных конструктивных особенностях. Это касается следующих параметров:

Оснащённость системой ЧПУ.
Используемую модификацию.
Верность выполнения операций.
Насколько автоматизированы действия?

Буква «И» – для обозначения приборов с винторезами. «П» – для точности высокого уровня. Такие модели снабжены центрами на высоте до значения примерно в 110 миллиметров. Фото изделий так же помогает понять, что именно перед нами находится.

Конструкция токарных мини-станков по металлу

Полностью оправдывая своё название, мини-станок не отличается от своего полноразмерного собрата практически ничем, кроме габаритов.

Его главный элемент — это станина, к которой крепятся все остальные части. Она является основой всех узлов и имеет отверстия для крепления к столу. Обычно изготовлена из чугуна.

Следующий элемент — это суппорт, в который укрепляется сверло, резец или другой обрабатывающий инструмент.

Он же отвечает за перемещение сверла в нужном направлении, не отклоняясь от курса. Он передвигается при помощи вала хода и устройств передачи.

Деталь фиксируется на шпинделе — ещё одной части станка, выполненной в форме цилиндра. Именно от его параметров зависит качество работы всего устройства. Он питается энергией от электродвигателя.

На задней стойке есть специальный центр, удерживающий длинные детали во время их точения. Стойка приводится в движение специальным рычагом и фиксируется после установки необходимой позиции. Впрочем, такая тонкая регуляция есть не на всех аппаратах.

Привод у станка чаще всего бывает ременным — это наиболее удобный вариант, так как он более надёжен в случаях, когда заготовку заклинивает и механизм останавливается.

Самые маленькие станки имеют только одно место для резца в держателе, поэтому каждый раз перед сменой операции придётся вставлять его заново и регулировать высоту. Есть и возможность надстройки мини-станка — вы можете купить специальный держатель с поворотом. Но он может представлять опасность для начинающего токаря, рискующего наткнуться на один из не использующихся во время работы резцов, которые будут в это время торчать по сторонам.

Способы крепления деталей

Для разных деталей используются различные виды креплений.

Цанговый патрон — при помощи него крепят особенно тонкие детали.
Сверлильный патрон — подойдёт для деталей многих размеров и форм, но радиальные напряжения не выдержит.
Планшайба — используется в случае работы с крупными или сложными по форме деталями, но заготовку сложно закрепить в ней и центрировать относительно оси.

Классификация металлорежущих станков

Металлорежущий станок – машина для обработки резанием металлических и др. материалов, полуфабрикатов или заготовок с целью получения из них изделий путём снятия стружки металлорежущим инструментом. Все металлорежущие станки классифицируются по определенным признакам, зависящим от рода технологического процесса, режущего инструмента, компоновки станка.

Металлорежущие станки подразделяются на 9 групп (рисунок 1).

Рисунок 1 – Классификация станков по методу обработки

Каждая группа станков делится на типы. Так например, токарные станки бывают специализированные, одношпиндельные, многошпиндельные, револьверные, лобовые, многорезцовые, карусельные и т.д.

Станки одного и того же типа могут отличаться компоновкой (например, фрезерные универсальные, горизонтальные, вертикальные), кинематикой, т.е. совокупностью звеньев, передающих движение, конструкцией, системой управления, размерами и точностью обработки (рисунок 2).

Рисунок 2 – Основные виды фрезерных станков

При этом, например, если рассматривать операцию зубофрезерную, то для этой операции можно выбрать станки 5-й группы, но это будет зубофрезерный станок, а фрезерные станки расположены в 6-й группе. То есть четкого разграничения между группами нет, тем более появляются новые станки, реализирующие ранее неиспользуемые методы обработки.

Согласно стандартов, оборудование имеет основные размеры, характерные для станков каждого типа. Так, например, для токарных и круглошлифовальных станков это наибольший диаметр обрабатываемой заготовки (рисунок 3), для фрезерных станков — длина и ширина стола, на который устанавливаются заготовки или приспособления, для поперечно- строгальных станков — наибольший ход ползуна с резцом.

Рисунок 3 – Наибольший диаметр заготовки для токарных станков

Группа однотипных станков, имеющих сходную компоновку, кинематику и конструкцию, но разные основные размеры, составляет размерный ряд. Так, по стандарту, для зубофрезерных станков общего назначения предусмотрено 12 типоразмеров с диаметром устанавливаемого изделия от 80 мм до 12,5 м.

Конструкция станка каждого типоразмера, спроектированная для заданных условий обработки, называется моделью. Каждой модели присваивается свой шифр — номер, состоящий из нескольких цифр и букв. На рисунке 4 показан пример обозначения токарного станка с ЧПУ (числовое программное управление).

Рисунок 4 – Обозначение токарного станка с ЧПУ

Первая цифра означает группу станка, вторая – его тип, третья цифра или третья и четвертая цифры отражают основной размер станка. Например, модель 16К20Ф3 означает: токарно-винторезный станок с наибольшим диаметром обрабатываемой заготовки 400 мм. Буква между второй и третьей цифрами означает определенную модернизацию основной базовой модели станка.

Выделяют станки-автоматы и полуавтоматы. Автоматом называют станок, в котором после наладки все движения, необходимые для выполнения цикла обработки, в том числе загрузка заготовок и выгрузка готовых деталей, осуществляется автоматически, т.е. выполняется механизмами станка без участия оператора.

Цикл работы полуавтомата выполняется также автоматически, за исключением загрузки-выгрузки, которые производит оператор, он же осуществляет пуск полуавтомата после загрузки каждой заготовки.

С целью комплексной автоматизации для крупносерийного и массового производства создают автоматические линии и комплексы, объединяющие различные автоматы, а для мелкосерийного производства – гибкие производственные модули (ГПМ). Пример ГПМ приведен на рисунке 5.

Автоматизация мелкосерийного производства деталей достигается созданием станков с программным управлением (цикловым), в обозначение моделей вводится буква Ц (или числовым буква Ф).

Цифра после буквы Ф обозначает особенность системы управления:

Ф1 – станок с цифровой индикацией (с показом чисел, отражающих, например, положение подвижного органа станка) и предварительным набором координат;
Ф2 – станок с позиционной или прямоугольной системой; Ф3 – станок с контурной системой;
Ф4 – станок с универсальной системой для позиционной и контурной обработки, например, модель 1Б732Ф3 – токарный станок с контурной системой ЧПУ.

Станки с ЧПУ постепенно вытесняют другие установки, благодаря высокой точности обработки, повышенной производительности и соответственно сравнительно быстрой окупаемости.

Рисунок 5 – Пример гибкого производственного модуля

Кроме того, металлорежущие станки делятся по степени универсальности, по степени автоматизации и классу точности. Классификация станков представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Классификация станков

Варианты и расшифровка вариантов модификаций

Маркировка оборудования показывает, какими особенностями оно обладает, его сферу применения.

Токарные станки имеют буквенное и числовое название. Буквенные обозначения характеризуют его конструктивные особенности: уровень автоматизации, степень точности обработки, модификацию, тип ЧПУ.

Значение букв в маркировке приборов:

С – особая точность.
В – высокая точность.
Н – нормальная точность.
А – особо высокая точность.
П – повышенная точность.

Цифры обозначают:

первая цифра 1 указывает на то, что это токарный станок;
вторая цифра обозначает тип устройства;
третья и четвертая – показывают особенности обработки.

Например, 16К20Т обозначает:

1 – токарный станок;
6 – тип лобовой;
20 – 200 мм основной параметр;
Т – модифицированный.

Основные конструктивные особенности

Универсальный токарно-винторезный станок состоит из основных конструктивных узлов, которые являются типовыми элементами. К ним относятся:

суппорт;
станина;
упорная и шпиндельная бабки;
электрическое оборудование;
ходовой вал;
гитары шестерен;
коробка, которая обеспечивает выбор и смену подач;
ходовой винт – именно эта деталь отличает токарно-винторезный от стандартного токарного станка.

В зависимости от некоторых особенностей может различаться точность станка. Поэтому универсальное оборудование может быть как класса точности Н, так и повышенного – П.

Передние и задние бабки

У передней или шпиндельной бабки есть основная роль – фиксировать заготовку в обработке и передавать вращение заготовке от электрического двигателя.

Внутри корпусной части бабки расположен шпиндель. На корпусе станка снаружи монтируется рукоятка регулировки скорости. Задняя бабка или упорная необходима для фиксации заготовки.

Суппорт

Суппорт предназначен для того, чтобы перемещать резцедержатель с резцом в продольном, поперечном направлении по отношению к оси станка. Нижняя часть суппорта именуется салазками или кареткой.

Спустя определенное время работы станка суппорт будет нуждаться в регулировке, поскольку, в противном случае снизится скорость обработки. Регулировка от зазоров заключается в подтягивании клиновой планки.

По сравнению с другими деталями суппорт имеет большие размеры. Выбор резцедержателя определяется классом станка. Для крупногабаритного оборудования обязательно закреплять резцы дополнительно четырьмя винтами.

Коробка скоростей

Это основная часть привода шпинделя. Она осуществляет передачу энергии двигателя остальным частям станка. Еще одна функция – изменение частоты вращения шпинделя и скорости работы всего станка.

Коробка встраивается в корпус бабки шпинделя или в отдельном корпусном блоке. Изменение скорости может происходить бесступенчатым или ступенчатым способом. В стандартную коробку передач входят следующие составляющие:

система зубчатых передач;
клиноременная передача;
реверсивный электродвигатель;
электромагнитная муфта с системой торможения;
рукоять для переключения скоростей.

Работает коробка скоростей за счет шестерен.

Шпиндель

Это основная часть станка, которая сделана в виде вала с конусным отверстием для закрепления заготовок. Чтобы деталь имела высокую прочность и долговечность, ее изготавливают из высокопрочной стали.

В классическом варианте шпиндель сделан на высокоточных подшипниках качения. На опоре детали установлено специальное кольцо, которое обеспечивает точность работы станка.

На торце конструкции расположено коническое отверстие. Полость шпинделю необходима, чтобы установить пруток, помогающий при необходимости выбивать центр из посадочного места.

Непосредственно прочность и долговечность шпинделя зависит от имеющихся там подшипников.

Станина

Это основная часть станка, которая выполнена с помощью чугунного литья. К ней прикреплены все наиболее важные детали и элементы данной конструкции.

Сама станина состоит из двух стальных балок. Балки, в свою очередь, соединены между собой ребрами жесткости. У каждой из балок – соединение к двум направляющим.

Направляющие с обоих сторон относятся к призматической группе. Направляющая плоской формы расположена внутри с левой стороны.

Нарезание резьбы

Нарезать резьбу при помощи токарно-винторезного станка можно несколькими способами. Для этого используется плашка, метчик, резец и другие виды инструмента.

С их помощью есть возможность нарезать внутреннюю и внешнюю резьбу

При использовании резца важно соблюдать полностью технологию. Она включает:

правильную заточку резца;
аккуратную настройку режимов работы станка;
при помощи шаблона правильная установка резца по центру детали;
замер полученных размеров калибрами или шаблонами.

В такой работе недопустим брак в виде заострений, рваных нитей, задир и дробления.

Электрический блок управления

В стандартный блок управления токарно-винторезным станком входит сразу несколько рукояток и кнопок:

рукоятка для настройки количества оборотов;
система управления для установки параметров резцовой поверхности;
рукоятки для управления суппортом.

Станок с ЧСПУ обладает более сложным устройством, но при этом может работать без участия оператора на промежуточных этапах.

Фартук

В фартуке токарно-винторезного станка расположены механизмы, которые преобразуют вращательное движение ходового винта и ходового вала в поступательное движение суппорта.

Старые советские модели станков по дереву и металлу

Советское оборудование все еще эксплуатируется на производстве. Некоторые принципиально предпочитают оборудовать домашние мастерские агрегатами из СССР.

Важно!

На советское оборудование иногда проблемно найти оснастку или комплектующие в случае поломки.

Токарно-винторезный станок ИТ-1М

Станок облегченного типа предназначался для наработки практики в мастерских. Позволяет обрабатывать цилиндрические заготовки снаружи, сверлить и растачивать, нарезать резьбу. В настоящее время снят с производства.

Токарно-винторезный станок ТВ-6

Появился на рынке в 80-х годах. Применяется в основном для обучения будущих токарей в мастерских и учебных центрах. Позволяет выполнять базовые операции.

Характеристики:

Диаметр шпинделя — 12 мм.
Частота вращения шпинделя — 130-170 об./мин.
Расстояние между центрами — 350 мм.
Максимальная длина обработки — 300 мм.

Токарные станки Универсал 2 и Универсал 3

Настольные станки для изготовления мелких деталей. Возможно выполнение большинства токарных работ. Максимальный диаметр и длина заготовки — 12,5 см и 18 см.

Токарный станок ТШ-3

Выполняет функцию точильного и шлифовального агрегата. Пригоден к эксплуатации в домашней мастерской и промышленных целях. Кроме классических токарных работ, агрегат пригоден для финишной шлифовки изделий и заточки режущих, а также слесарных инструментов.

1Е61М, 1Е61ПМ, 1Е61ВМ токарно-винторезные станки

Относятся к специальным станкам, обеспечивающим более высокую точность обработки. Все три модификации относятся к токарно-винторезной группе с высотой над центрами 175 мм.

Диаметр обрабатываемого прутка не превышает 32 мм. Максимальное расстояние перемещения суппорта составляет 200 мм.

Токарно-винторезный станок 1М63Н

Многофункциональный агрегат, предназначенный для выполнения всех типов токарных операций. Данная модель позволяет также работать с коническими поверхностями и нарезать многозаходные резьбы.

Буква Н в маркировке говорит о способности получить размеры нормальной точности. Возможна установка дополнительной оснастки при работе с крупногабаритными заготовками.

Токарно-револьверный станок 1341

Станок револьверной группы позволяет выполнять обработку с использованием нескольких инструментов одновременно. Доступные операции:

Обработка наружных и внутренних поверхностей.
Нарезка резьбы.
Сверловка, зенкование, развертывание.
Работа с фасонными поверхностями.

Обработка выполняется в автоматическом и полуавтоматическом режиме. Возможно изготовление деталей из прутка и штучных заготовок.

Токарно-винторезный станок 1Н65

Усовершенствованная модификация агрегата 1М65. Возможна обработка цилиндрических и конических деталей, а также сложных фасонных поверхностей.

Технические характеристики:

Высота центра над станиной и суппортом — 500 и 325 мм.
Диаметр шпинделя — 128 мм.
Максимальный вес заготовки — 5 т.
Максимальный диаметр заготовки в кулачках — 870 мм.

Токарно-винторезный станок 1М63

Разработан в 50-х годах для обработки заготовок из разного металла. По тем временам это был агрегат с уникальными характеристиками, и его закупали крупные промышленные предприятия. Он обеспечивал высокое качество и точность обработки при точении изделий любой сложности.

Станок токарно-винторезный 1А616

Агрегат выпущен в 50-х годах прошлого века. В ту эпоху технические характеристики были одними из лучших. На многих предприятиях станок успешно используется по сей день.

Оборудование предназначено для широкого спектра работ с небольшими заготовками. Буква А говорит про особо высокую точность обработки. Возможно нарезание модульной, дюймовой, питчевой резьбы без перестройки кинематики.

Токарный школьный станок ТВ-4

Разрабатывался для обучения токарному делу в школьных мастерских и учебных центрах. Универсальный станок, пригодный для выполнения базовых токарных операций. Имеет небольшой вес и габариты, из-за чего пользуется популярностью в домашних мастерских.

Токарный станок по металлу Школьник ТВ-7

Станок с ручным управлением, предназначен для обработки заготовок 100-300 мм. Поддерживает четыре скоростных режима. Позволяет выполнять базовые операции — наружное точение, расточка, нарезка метрической резьбы, обработка торца, сверление отверстий. Назначение — практическое обучение будущих токарей.

Настольный токарный станок по металлу ТВ-16

Станок с малыми габаритами для выполнения операций средней сложности. Доступно сверление отверстий, нарезка резьбы, наружное точение, расточка.

Параметры:

Расстояние между центрами — 250 мм.
Максимальный диаметр заготовки над станиной — 160 мм.
Диаметр отверстия шпинделя — 18 мм.
Мощность — 0,4-0,5 кВт.

Техника безопасности

Специалист должен соблюдать некоторые правила. Вот лишь некоторые, действующие перед началом работы:

Проверка положения пуговиц у специализированной одежды.
Отдельно проводится осмотр станка по состоянию технического плана. Услуги техников и наладчиков актуальны, если требуется дополнительное обслуживание из-за неисправностей и деталей, вышедших из строя. Но операции несложные доступны для самостоятельного выполнения владельцем.
Последний этап – выдача техзадания. Его нужно изучить внимательно.

К работе нельзя приступать при появлении механизмов вращения и ограждений различных узлов с неисправностями.

Кроме того, существуют и другие запреты на:

То, чтобы другие лица проводили работу. И оставление включенной техники без присмотра.
Проведение полного самостоятельного ремонта техники.
Использование зажимов и приспособлений в неисправном состоянии.
Эксплуатационные действия для оборудования с явными признаками неисправности.
Выполнение работ в тот же день, когда проводят обслуживание станков, их наладку, проверку.

У каждого станка своя масса. Это касается даже миниатюрных разновидностей станков, которые приобретаются для использования в домашних условиях. Подобные агрегаты могут весить минимум 13,5 килограмм, а максимум – 400. Чем больше масса – тем больше будут и остальные габариты.

Для домашних мастерских подходят станки, весящие не более 50 килограмм. Это компактные и универсальные модели, которые не доставляют хлопот во время монтажа. Месторасположение легко изменить, если возникает необходимость.

Мощность – ещё один параметр, который требует учёта при выборе. 2,25 кВт – стандартный показатель для небольших агрегатов. Есть и другие разновидности устройств, которые называются маломощными. У них привод имеет показатель в 0,15 кВт.

Чтобы сделать правильный выбор, покупатель должен принять решение по поводу назначения. Чем меньше и тоньше заготовки – тем менее мощные агрегаты требуются для их обработки. Правило действует и в обратную сторону.

Строение и применение ЧПУ

Современный токарный станок имеет числовое программное управление (ЧПУ). Применение электрической схемы и видоизменение основных узлов позволяет добиться высокой точности обработки.

Особенности станков с ЧПУ:

При выборе оборудования нужно учитывать данные, указанные в ГОСТе. Там указываются класс точности и другие параметры.
Устройство имеет сложную электрическую схему и мини-блок управления.
Несмотря на свои небольшие размеры и вес, модели могут выдерживать большую нагрузку.
Прибор имеет блок, на который выводится вся информация. Для этого применяются языки программирования, установленные стандартом.
Оборудование небольших размеров и высокой точности востребовано. На нем производятся детали для электроники и бытовой техники.

Школьный токарный станок по металлу