3. ТокарНые станки

Токарные станки предназначены для обработки резцами наружных и внутренних цилиндрических, конических, фасонных и торцевых поверхностей тел вращения, для нарезания резьб резцами, метчиками, плашками и другими инструментами; для сверления, зенкерования и развертывания отверстий, для накатывания и т. д. Эти станки являются самыми распространенными из металлорежущих станков. Среди них преобладают универсальные токарно-винторезные станки, применяемые в единичном и серийном производстве. Токарные станки не имеют ходового винта, на них выполняют все токарные работы, кроме нарезания резьбы резцами. Существуют также специализированные токарные станки, предназначенные, например, для обработки коленчатых валов, труб и др.

Токарные станки характеризуются двумя основными параметрами: наибольшим диаметром обрабатываемой заготовки над направляющими станины (1005 000 мм) и наибольшей длиной заготовки (12524 000 мм).

К группе токарных станков относятся также токарно-револьверные и токарно-карусельные станки. Токарно-револьверные станки предназначены для изготовления мелких деталей из прутка, а также для обработки в патроне; они позволяют вести обработку одновременно несколькими режущими инструментами. Токарно-карусельные станки предназначены обрабатывать заготовки крупных размеров, у которых радиальные размеры больше осевых. К отдельным типам токарных станков относятся одно- и многошпиндельные токарные автоматы и полуавтоматы.

Главным движением во всех токарных станках является вращение заготовки. Движением подачи является прямолинейное перемещение режущего инструмента вдоль или поперек оси обрабатываемой заготовки.

3.1. Токарно-винторезные станки

Токарно-винторезные станки имеют практически однотипную компоновку, примером может служить станок 16К20 (см. рис. 3.1).

Основными его узлами являются: станина, передняя шпиндельная бабка, в которой размещена коробка скоростей; коробка подач; суппорт с резцедержателем и фартуком; задняя бабка.

Станина служит для монтажа всех основных узлов станка и является его основанием. Наиболее ответственной частью станины являются направляющие, по которым перемещаются каретка суппорта и задняя бабка.

Рис. 3.1. Токарно-винторезный станок и органы его управления:

А – передняя (шпиндельная) бабка; Б – суппорт; В – задняя бабка; Г – фартук; Д – станина; Е – коробка подач; 1 – рукоятка управления фрикционной муфтой заднего привода; 2 – вариатор подачи, шага резьбы и механизма отключения подачи; 3 – вариатор подачи и типа нарезаемой резьбы; 4 – вариатор подачи и шага резьбы; 5 – переключатель на левую, правую и другие резьбы; 6 – рукоятка установки нормального и увеличенного шага резьбы и положение при делении на заходы резьбы; 7, 8 – рукоятки установки частоты вращения шпинделя; 9 – вводной автоматический выключатель; 10 – лампа сигнальная; 11 – выключение насоса СОЖ; 12 – указатель нагрузки станка; 13 – ручное перемещение поперечных салазок суппорта; 14 – регулируемое сопло СОЖ; 15 – освещение местное; 16 – рукоятка поворота и зажима резцедержателя; 17 – рукоятка перемещения верхних салазок суппорта; 18 – рукоятка включения двигателя ускоренного хода; 19 – рукоятка управления перемещением каретки и салазок суппорта; 20 – зажим пиноли задней бабки; 21 – рукоятка закрепления задней бабки на станине; 22 – маховичок перемещения пиноли задней бабки; 23 – рукоятка включения и отключения муфты главного привода; 24 – рукоятка включения и отключения муфты главного привода; 25 – включение подачи; 26 – винт закрепления каретки на станине; 27 – кнопочная станция двигателя главного привода; 28 – рукоятка включения и выключения реечной шестерни; 29 – маховичок ручного перемещения каретки

Шпиндельная бабка закреплена на левом конце станины. В ней находится коробка скоростей станка, основной частью которой является шпиндель. Продольный разрез (развертка) коробки скоростей станка 16К20 показана на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Развёртка коробки скоростей станка 16К20

От приводного электродвигателя через ременную передачу получает вращение шкив 12 первого вала коробки скоростей. Взаимодействие зубчатых колес будет рассмотрено при описании кинематической схемы. Все валы и шпиндель установлены на опорах качения. В передней опоре шпинделя установлен радиальный двухпарный роликовый подшипник 4, в котором предварительный натяг создается благодаря посадке внутреннего кольца на коническую шейку шпинделя. Регулировочная гайка подвигает внутреннее кольцо подшипника на конус, оно раздается и выбирает зазор между телами качения и кольцами.

Передняя опора шпинделя воспринимает только радиальную нагрузку. В задней опоре шпинделя установлены два радиально-упорных подшипника 10, воспринимающих радиальные и осевые нагрузки; предварительный натяг регулируют гайкой 11, стягивающий внутренние кольца. Валы IIV коробки скоростей смонтированы на конических роликоподшипниках, что удобно для сборки и разборки; предварительный натяг регулируют натяжными винтами 3.

Реверс шпинделя обеспечивается двухсторонней фрикционной муфтой, установленной на валу I. Особенностью конструкции блоков зубчатых колес являются клеевые соединения венцов со ступицами. Ступица колеса z = 60 на валу III является диском ленточного тормоза; тяга 2 механизма управления, устанавливая муфту в нейтральное положение, включает тормоз (нажимом на ролик 1). Маховиками и рукоятками 6–9 переключают блоки колес.

Задняя бабка предназначена для поддержания обрабатываемой заготовки при работе в центрах, а также для закрепления концевого режущего инструмента (сверл, зенкеров, разверток) и нарезания резьбы (метчиков, плашек).

Задняя бабка станка 16К20 (см. рис. 3.3) имеет плиту и может перемещаться по направляющим станины.

Выдвижная пиноль 3 в отверстии корпуса 2 перемещается с помощью маховика 8 и винтовой пары 5–6. Рукояткой 4 фиксируют определенный вылет пиноли. Корпус бабки с помощью винта 13 может смещаться в поперечном направлении относительно плиты 10. Рукояткой 7, эксцентриком 9, тягой 11 и башмаком 14 заднюю бабку закрепляют на станине станка. Винтами 12 и 15 регулируют силу ее закрепления.

Коробка подач служит для передачи вращения от шпинделя ходовому валу или ходовому винту, а также для изменения их частоты вращения для получения необходимых подач или определенного шага при нарезании резьбы резцом.

Фартук предназначен для преобразования вращательного движения ходового винта или ходового вала в поступательное движение суппорта. При нарезании резьб в работе участвует ходовой винт.

Суппорт служит для закрепления режущего инструмента и сообщения ему движений подачи. Суппорт состоит из каретки (нижних салазок), которая перемещается по направляющим станины; поперечных салазок, перемещающихся по направляющим каретки; поворотной части с направляющими, по которой перемещается резцовая каретка. Поворотную часть суппорта можно устанавливать под углом к линии центров станка.

Рис. 3.3. Задняя бабка станка 16К20

Резцедержатель предназначен для крепления инструмента и различных резцовых державок.

Виды движения. Главное движение – вращение шпинделя с заготовкой, движения подач – перемещение каретки в продольном и салазок в поперечном направлениях; вспомогательные движения – быстрые перемещения каретки в продольном и салазок в поперечном направлениях от отдельного привода.

Кинематическая схема станка 16К20 приведена на рис. 3.4.

Кинематическая схема – это условное изображение кинематических пар, соединенных в определенной последовательности в кинематические цепи.

Рис. 3.4. Кинематическая схема станка 16К20:

1 – верхние салазки суппорта с механической подачей; 2 – гайка регулирования усилия подачи

Привод главного движения, т. е. вращение шпинделю, передается от электродвигателя (N = 10 кВт, n = 1460 мин^-1) через клиноременную передачу и коробку скоростей. Муфта М₁ служит для включения, выключения и изменения направления вращения шпинделя.

Движение от двигателя на шпиндель может передаваться по двум кинематическим цепям:

а) по короткой цепи (без перебора), что дает 12 высоких ступеней частот вращения шпинделя:

;

б) по длинной цепи (с перебором), что дает еще 12 частот вращения:

Число ступеней частот вращения z шпинделя равно произведению числа передач в каждой группе.

Для нашего случая

.

Группой передач называют совокупность передач, расположенных между соседними валами.

Таким образом, шпиндель станка получает всего 24 значения частот вращения. Практически же шпиндель имеет только 22 частоты вращения, т. к. значения n = 500 мин^-1 и n = 600 мин^-1 повторяются дважды.

Максимальная частота вращения шпинделя будет при включении в каждой группе передачи с максимальным передаточным отношением (при работе без перебора)

минимальная частота (с перебором)

.

Привод подачи состоит из звена увеличения шага, механизма реверса, гитары сменных колес, коробки подач и механизма передач фартука. Движение подачи осуществляется или непосредственно от шпинделя через пару зубчатых колес , или через звено увеличения шага, которое расположено в коробке скоростей и имеет три передаточных отношения:

Для изменения направления вращения ходового винта служит реверсивный механизм. Правое вращение винта производится через пару зубчатых колес , левое – через передачу .

Дальше вращение передается сменным зубчатым колесам гитары ; эту передачу применяют при нарезании метрических и дюймовых резьб и для вращения ходового вала при токарной обработке.

Нарезание резьб. Уравнения кинематических цепей от шпинделя к ходовому винту при нарезании резьбы составляют из условия, чтобы за один оборот шпинделя суппорт с резьбовым резцом переместился вдоль оси заготовки на шаг Р нарезаемой резьбы (при однозаходной резьбе).

При нарезании метрической резьбы со стандартным шагом Р ходовой винт получает движение от шпинделя, когда муфта М₂ выключена, а муфты М₃, М₄, М₅ включены.

Уравнение кинематического баланса будет иметь вид

При нарезании дюймовой резьбы с шагом Р (для дюймовой резьбы мм, где k – число ниток на 1) ходовой винт получает движение, когда М₂, М₃ и М₄ выключены, а М₅ включена.

Уравнение кинематического баланса в этом случае будет иметь вид

Уравнение кинематического баланса при нарезании резьбы нестандартной и повышенной точности имеет вид

,

откуда – формула настройки.

При этом коробка подач отключена и движение на ходовой винт передается напрямую, муфты М₂ и М₅ включены.

Резьбу с увеличенным шагом нарезают, используя звено увеличения шага. В качестве звена увеличения шага резьбы применяют перебор коробки скоростей, и передача движения от шпинделя осуществляется не через зубчатые колеса , а через звено увеличения шага, блок Б₅ смещают вправо так, чтобы зубчатое колесо z = 45 вала VIII вошло в зацепление с колесом z = 45 вала III.

Нарезание многозаходной резьбы. Резьба может быть однозаходной или многозаходной. У многозаходной резьбы расстояние между одноименными витками называют ходом резьбы. Ход резьбы всегда равен шагу, умноженному на число заходов, т. е. .

Многозаходную резьбу любого профиля начинают нарезать так, как если бы требовалось нарезать однозаходную резьбу с шагом, равным ходу резьбы Т. Нарезав первый заход, резец отводят от заготовки, при неподвижном ходовом винте поворачивают деталь на оборота. После этого нарезают второй заход резьбы и т. д.

Кинематическая цепь подачи, связывающая шпиндель с ходовым валом, должна обеспечивать за один оборот шпинделя перемещение суппорта на величину подачи S. Уравнение кинематического баланса для цепи имеет вид

об. реечн. кол.,

где – передаточное отношение соответственно постоянной передачи, реверсивного механизма, гитары сменных колес, коробки подач и механизма фартука; z_р – число зубьев реечного колеса; m – модуль реечного колеса.

Общее уравнение кинематической цепи прямых продольных подач следующее:

Быстрые перемещения суппорта осуществляются от отдельного электродвигателя (N = 1 кВт; n = 1450 мин^-1), расположенного с правой стороны станка.

Чтобы исключить поломку в приводе подач в коробке подач, установлена обгонная муфта М₀, позволяющая сообщать суппорту ускоренное движение от вспомогательного двигателя без выключения рабочей подачи.