Все, что нужно знать о токарных станках

Без токарного станка обточку, заточку, выравнивание поверхностей деталей невозможно выполнить предельно аккуратно. Ручная же работа потребует в несколько раз больше времени.

Токарный станок работает с древесными, композитными материалами, а также с металлами и их сплавами. Машина эта производит слаботочное и высокоточное обтачивание сферичных, цилиндрических, конических и иных деталей. Токарный станок нарезает наружную и внутреннюю резьбу в несколько раз быстрее, чем это сделал бы мастер с помощью ручной плашки или метчика, обрезает и скругляет торцы деталей, рассверливает и отзенковывает комплектующие для изделий, развёртывает технологические отверстия.

Состоит станок из следующих компонентов: станина, привод со шпинделем (в состав функционального узла входят также передняя и задняя шпиндельные бабки), суппорт, коробка переключений передач, редуктор (если устройство непрямоприводное), электромеханическое или электронное устройство управления (используется одна или несколько управляющих схем на основе моноплатного или кассетно-модульного построения), пульт с кнопками и переключателями. ЧПУ-модуль ставит на поток производство деталей, сводя человеческий фактор к минимуму.

Попытки создать примитивное станочное оборудование восходят к древним временам. До недавнего момента, которое ознаменовалось массовой индустриализацией – вначале в западных странах, а затем и в СССР, – станочные приспособления были довольно примитивными. Они не приспособлены к крупносерийному производству. Попытки создать станок для заточки мечей и кинжалов оказались небезуспешными: ещё в IV веке до н. э. китайцы пользовались приспособлениями, дающими относительно ровное лезвие.

Механический суппорт как более эффективное средство управления станком появился лишь в начале XVIII века. Станок того времени имел держатель для режущего ножа, который, перемещаясь вручную, плотно прилегал к обрабатываемой заготовке. Нарезка винтовой и болтовой резьбы считалась высокотехнологичным навыком.

Механизированные устройства стали массово применяться лишь к началу XX века. Электродвигатель избавлял от необходимости использовать на таких станках лошадиную тягу и сгораемое топливо.

Во времена СССР распространились токарные станки группы 16К20, а также устройства 1К62.

Токарные станки достигли некоторого видового разнообразия: дерево- и камнеобрабатывающие, металлообрабатывающие, станки для работы со стеклом и композитом и т. д. Отдельная разновидность – станки декоративного вытачивания, позволяющие, например, получить дверные ручки с круглым исполнением.

Конкретные разновидности станков представлены следующим списком.

Токарно-винторезный станок выпускается для работ по чермету и цветмету. Он вытачивает конические детали, режет метричную, дюймовую, модульную и питчевую резьбы – и рассчитан на мелкосерийное производство. Агрегат 16К20 является именно таким. Токарно-винторезные машины обладают тремя классами точности: П – повышенная, Н – нормальная, В – высокая, А – сверхвысокая, С – сверхточная обработка.

У токарно-карусельных изделий ось вращения расположена вертикально. Станок этот вырезает цилиндрические и конические детали, подрезает торцевые и канавочные грани. Благодаря модернизации возможны и вытачивание фасонных поверхностей по копировальному исходнику, и вырезка, и отшлифовывание простых изделий.

Лобовой (лоботокарный) механизм показан при обточке большедиаметральных и укороченных деталей – он обтачивает их фронтально. Подходит для доработки укороченных комплектующих с малой длиной и весом более тонны. Если нагрузка на привод повышена, а рельеф деталей значительно осложнен, то лобовые станки заменяются токарно-карусельными.

Токарно-револьверная машина точит детали из калиброванного прутка, растачивает, сверлит, зенкует, развёртывает обточку для фасонных комплектующих, режет резьбу снаружи и изнутри. Оснащается она копиром и модулем ЧПУ.

Автомат продольного точения вытачивает детали из холоднокатаного прута, фасонной профстали и проволоки. Крупносерийно он работает с чер- и цветметом, может оснащаться двумя и более шпинделями.

Токарно-фрезерный станок оснащён автосменщиком резаков. Сочетает он в себе несложное фрезерование и токарную деятельность широкого спектра применения.

Высокоточные станки предназначены для чистовой обработки, а слаботочные – для черновой. Первоначально названные агрегаты, согласно кинематической схеме, оснащены резцами, проделывающими канавки в произвольной последовательности, а слаботочные лишь производят предварительную обрезку и шлифовку поверхности, позволяющие, к примеру, из куба изготовить шарообразную или яйцеобразную деталь.

Портативные маломощные станки весят не более нескольких килограммов. Легко переносятся и перевозятся в другой цех. Массивные машины – напольные устройства: имеется отдельный стол или стойка, за которыми удобно работать. Вес изделия – от десятков килограммов до единиц тонн.

Частично автоматизированные станки обладают лишь функцией защитного отключения – по факту перегрева мотора и редуктора. Полностью автоматизированные оснащаются, помимо модуля числового программного управления (ЧПУ), устройством защитной блокировки по видоискателю, например: при отсутствии освещения в цехе и опасной близости рук мастера от рабочей зоны.

Например, если станок «умеет» обтачивать цилиндрические и конические детали, а шарообразные изготовить он «не в состоянии», то такой аппарат не является довольно гибким в плане перепрофилирования производства – без покупки более полнофункционального агрегата.

Подобное перепрофилирование относится не только к мирной деятельности. Так, судостроительные предприятия Ленинграда и Москвы, которые до Великой Отечественной войны производили детали для пароходов и ледоколов, стали выпускать танки Т-34. Связано это с тем, что детали для топливных двигателей использовались и в военных судах, и в танках.

Токарный станок, вне зависимости от его классификации, возможно настроить под конкретное производство. Например, агрегат, изготавливающий дубликаты ключей, оснащают особыми резцами под распространённые размеры и исполнение кодовых выемок, составляющих канальчатый код ключа. Чтобы дубликат точно скопировал код исходного ключа, токарь помещает этот ключ в рабочую зону – и выставляет под его кодовые зазоры резцы. Затем мастер вставляет вместо исходного ключа новую заготовку – и протачивает этот же код на ней.

Разумеется, шпиндельный привод способен не только изготавливать ключи, но и, предположим, вытачивать вилки из пищевой нержавейки – достаточно лишь поменять на нём режущие инструменты, с помощью которых создаются столовые приборы.

Станок, вытачивающий вилки, изготавливающий дубликаты ключей, вряд ли выточит, к примеру, сменные детали для карбюратора автомобиля, например клапаны.

Характерный пример: станок для заточки игл, ножей, подточки многоразовых бритвенных лезвий и скальпелей не предназначен для вытачивания деревянных и композитных ручек для дверей, замковых деталей и противовзломной фурнитуры для пластиковых окон. Станок, используемый для производства шестерёнок, справится и с выточкой деталей для комнатных и наручных механических часов, метрономов и таймеров, но на нём нельзя будет выточить запасные части для карбюраторных моторов автомобилей. Все вышеуказанные примеры относятся к узконаправленным станкам.

Универсальные же станки обладают высокой мощностью, плавной регулировкой частоты оборотов, и с равным успехом могут использоваться как для заточки свёрл, подтачивания медицинских скальпелей, так и для выточки деталей для редукторов и часовых механизмов. Более дорогостоящие модели оснащаются сразу несколькими шпинделями, каждый из которых обладает собственной оснасткой. Такой подход применим для универсальных мастеров, которые в случае кризиса в отношении определённых видов изделий перепрофилируются на предметы и детали совершенно иного рода, в данный момент пользующиеся более высоким спросом.

Из станков времён СССР стоит упомянуть серию 16К. Модель 16К20 используется для основной токарной обработки независимо от сложности вытачиваемых деталей. Из более современных же – на 2021 год – представлены следующие модели.

• Винторезный агрегат DMTG CDS6250B/1000 – мощность, потребляемая от сети, равна 7,5 киловатта, питание – от межфазного напряжения 380 вольт, вес – 2170 кг. Рассчитан на обработку стальных, чугунных и деталей из цветного металла. Оборотистость – 2500 ежеминутно.

• Универсальный агрегат DMTG CDS6250B/1500 для токарных и винторезных работ работает на частоте в 2240 оборотов, вес – 2310 кг, остальные параметры – те же самые.

• Универсальный станок CDS6250B/2000 – ближайший аналог 16К20. Востребован на большинстве металлообрабатывающих фабрик и в автосервисе, работает с черметом.

• JET BD-11GDMA – токарно-фрезерующее оборудование. Обороты – 2000, работает от простой однофазной сети 220 В, весит всего четверть тонны.

• Модель WM180V – 2500 оборотов, 600 Вт, вес – 60 кг. Рассчитан на новичков, работает с цветметом, композитом и пластиком. Годится для дома или школьной работы на уроках труда.

Прежде чем обслужить и отремонтировать станок, нелишне ознакомиться с перечнем основных комплектующих, которые по мере отработки своего ресурса нуждаются в замене.

На станине закреплён привод – двигатель со шпинделем, с ним совмещены передняя и задняя бабки. Шпиндель позволяет закрепить резаки (сверло, фрезу, плоские ножи), установленные под нужным углом.

В комплекте с приводом сборочный набор для первоначального монтажа станка предусматривает суппорт, фартук, блоки переключения скорости, подачи, а также пульт управления. Полнофункциональные автоматические станки оснащены также «мозгом» – блоком ЧПУ. Все вышеперечисленные узлы закрепляются на раме устройства. Направляющие (т. н. салазки) позволяют перемещать обрабатываемую деталь строго в рамках определённых проекций, не позволяя ей произвольно отклоняться, что немедленно привело бы к порче всей заготовки. Резцедержатель (патрон шпинделя) надёжно удерживает резцы, которыми выполняется резка металлов и сплавов согласно чертежам заготовок.

Ориентируйтесь при выборе прежде всего на мощность, которую выдержит ваша проводка. При подборе станка, который потребляет более 3 кВт, потребуются смена 16-амперных автоматов на 25-, 50- или 100-амперные, а также замена счётчика с пропускной пиковой мощностью, превышающей 3,2 кВт.

Новички, только осваивающие азы станочного производства, останавливают выбор на менее высокопроизводительных станках: здесь важно, чтобы устройство, в которое вложен не один десяток тысяч рублей, приобреталось не просто ради хобби, а окупилось бы, в идеале – принесло доход, в несколько раз превышающий статью расходов.

Если вы заняты тонкой обработкой заготовок, то потребуется куда более оборотистое, хоть и не всегда довольно мощное устройство.

Станок, который весит более тонны, может потребовать усиленного фундамента в помещении, где он установлен. Обычный деревянный пол под весом в две и более тонны разрушится через несколько недель или месяцев после начала работ.

Крутящий момент от двигателя передаётся через редуктор, на котором переключаются скорости, на шпиндель, а от него с помощью бабок – на резак. Перемещениями резака управляют направляющие, загружающие заготовку для обточки в рабочую зону.

Станок для резки металла, дерева и пиломатериалов, композита и стекла, согласно классификации и своему строению, является устройством относительно точной механики. При работе он не должен излишне вибрировать, стучать, дёргаться из стороны в сторону – это ухудшило бы в десятки раз качество обрабатываемых деталей. Привод и шпиндель, на котором закреплены резцы, в идеале работают чётко, расцентровка двигателя и трансмиссии практически исключена. Резаки в идеале всегда должны быть острыми.

Неисправности токарного станка могут заключаться в следующем:

• корпус имеет трещины, сколы, срыв резьбовых соединений, непрямолинейность и нарушение геометрии;

• валы со временем изнашиваются, нарушается их центрование;

• фланцы могут неплотно прилегать друг к другу, а также демонстрировать трещины и сколы в отверстиях точек фиксации комплектующих;

• шестерни отличаются износом зубьев и наличием «яйца», от которого появляется радиальное биение передаточного элемента;

• ходовые винты и валики имеют износ резьбы и истончение прилегающих поверхностей.

Плановый ремонт осуществляется при износе компонентов с трущимися поверхностями. Это замена подшипников и щёток двигателей, чистка и смазка трущихся узлов и механизмов. Капитальный – преимущественно замена валов и шестерней, ремонт повреждений на раме либо замена её неисправных компонентов.