Классификация токарных станков: назначение, типы и разновидности, особенности

История возникновения и дальнейшего развития оборудования

Если посмотреть на современные модели, может сложиться впечатление, что токарный станок был изобретен относительно недавно.

Однако сведения о самом далеком предке современного станка относятся к Древнему Египту 2-го тысячелетия до нашей эры. Токарные технологии были и в древнем Китае, в Индии 1-го тысячелетия нашей эры.

В XIV веке был изобретен ножной привод, в XVIII русский ученый Андрей Нартов изобрел токарно-винторезный станок с механизированным суппортом и сменными зубчатыми колесами.

Особенно бурный период развития пришелся на промышленную революцию конца XIX века – станок менял источники привода, приобретал всё большие размеры, усложнялся.

Сейчас его основной источник энергии – электричество. Наиболее современная версия станка появилась в 1950-х годах, когда для управления обработкой начали применять числовое программное управление (ЧПУ) и сервомеханизмы.

Токарный станок часто называют «матерью всех станков», потому что с его помощью впервые стали создавать и другие станки.

Типы и разновидности токарного оборудования

Существует разделение станков по следующим критериям:

Наибольший допустимый размер обрабатываемой заготовки над станиной.
РМЦ – расстояние между центрами (мелкие – до 150 мм, средние – 150–300 мм, крупные – более 300 мм).

Также есть множество типов токарных станков, обладающих своей спецификой:

Винторезные станки токарной группы

Станки токарной группы очень распространены в силу своей универсальности. Принцип работы прост: зажатому на шпинделе в горизонтальном положении объекту придается вращение, а с помощью подвижного резца происходит резание. Резец может быть как закрепленным, так и отдельным.

Токарные станки с ЧПУ

Автоматизированные станки, управляющиеся с помощью ЧПУ. Система числового программного управления обеспечивает высокую точность, а также серийность обработки. Участие оператора минимально: создание управляющей программы и контроль ее исполнения.

Виды токарных станков

Классификация изделий проходит по нескольким основаниям. Основные особенности и характеристики можно понять из маркировки. Рассмотрим, какие критерии являются основополагающими при выборе.

Класс точности работы токарного станка

Здесь все предельно просто. Чем лучше заточены инструменты, выверен чертеж, тем точнее будет результат. Но между ручным и автоматизированным процессом есть ощутимая разница. Оборудование, оснащенное ЧПУ, имеет большое преимущество перед трудом вручную. Особенно это касается мелких деталей.

Буква, поставленная в маркировке, характеризует класс точности. Приведем их в порядке возрастания от нормального до особо высокого в этой таблице:

Обозначение	Допустимая погрешность в процентах	Трудоемкость изготовления, %
Н	100	100
П	60	140
В	40	200
А	25	280
С	16	450

Масса

Любое оборудование для металлообработки имеет значительный вес. В большинстве случаев требуется дополнительное укрепление полов, например, заливка бетонного основания. Обычно такие тяжелые конструкции помещаются на первом этаже.

От того, к какому классу относится агрегат, зависит то, что можно сделать на токарном станке, то есть – с чем работать. Небольшие установки хорошо справятся с мелкими деталями. Но если стоит вопрос об обработке в целях машиностроения, то зачастую его недостаточно. Посмотрим в небольшой таблице, какие разновидности различают:

Название	Максимальная масса (в тоннах)
Легкий	до 1
Средний	от 1 до 10
Тяжелый	более 10
Уникальный	выше 100

Степень автоматизации

Чем более автоматизированно работает машина, тем меньше физического труда должен применять сотрудник. Токарь испытывает меньше воздействия на свое здоровье на производстве, поскольку не обязан постоянно испытывать усталость, а также влияние высокого уровня шума.

Второе достоинство автоматов – ускорение всех процессов, повышение производительности. Особенно это касается серийного производства, когда все изготовление поставлено на конвейер.

Третье преимущество – уменьшение количества ошибок и увеличение точности. Обычно любые погрешности и дефекты – следствие ошибочных действий токаря. Отсутствие издержек на дефективные заготовки поможет существенно сэкономить. Рассмотрим, как работать на токарном станке по металлу, в зависимости от степени автоматизации:

● С ручным управлением. Привод двух основных движений (вращение и подача) механизирован. Но перемещение инструмента, установка заготовки, фиксация, снятие стружки, подача смазки – все это нужно делать вручную.
● Полуавтомат. Все перечисленные выше процедуры управляются компьютером. Исключением является постановка и снятие детали.
● Автомат. Самые прогрессивные модели, в основном они оснащены пультом ЧПУ. Оператор исключительно контролирует самостоятельную работу машины.

Широкий выбор автоматических установок представлен в интернет-магазине «Сармат». Их применение будет экономически выгодно не только на крупных заводах, но и на небольших мелкосерийных производствах.

Гибкость системы

Есть классические машины, а есть ГПУ, то есть гибкий производственный модуль. Второй отличается тем, что на нем можно быстро и просто перенастраивать назначение работы. То есть переходить с одного цикла на другой. Это выгодно, когда на производстве находится целая серия изделий с разным типоразмером.

Специальное назначение в обработке металла

Есть ряд машин, которые обладают уникальными возможностями. Они используются исключительно для одной операции, но выполняют ее максимально качественно и точно.

Универсальность

То, что можно делать на разных видах токарных станков, зависит от многозадачности. Универсальные аппараты имеют множество инструментов, а также обладают возможностью перемещения суппорта во многих направлениях. Классические агрегаты обладают только двумя осями движения, в то время как есть до 6 направлений.

Практически все изделия с ЧПУ дают возможность выполнять много задач, в том числе винторезные, все они представлены выше.

Старые модели обычно не оснащены пультом управления и имеют узкую направленность. Модернизация на производстве часто включает замену устаревших конструкций на более универсальные. Это позволяет не только ускорить производственный процесс, но и сократить трудозатраты, в некотором случае – рабочие места, так как теперь с новыми аппаратами множество действий за то же время может выполнить один оператор.

Работы, выполняемые на токарном оборудовании

Различают следующие основные виды работ, выполняемых на токарном оборудовании:

обработка цилиндрических поверхностей;
обработка конических деталей типа вал;
оформление сложных поверхностей тел вращения, фасонное точение, обтачивание галтелей и скруглений;
торцовка заготовок, обработка уступов;
вытачивание канавок (наружных и внутренних);
сверление, растачивание, развертывание, зенкерование отверстий; нарезание внутренней и наружной резьбы с помощью резцов и других инструментов — метчиков, резьбонарезных головок;
отрезка заготовок.

Классификация токарных станков по основным и вспомогательным признакам

Токарная обработка (точение) предназначена для механического формирования геометрии деталей машиностроения лезвийным инструментом посредством снятия стружки. Кинематика резания определяется в основном относительным вращательным движением заготовки с пространственно фиксированной осью вращения и произвольным движением подачи. Объектами обработки являются чаще всего соосные поверхности вращения и плоские поверхности деталей типа валов, дисков и втулок, включая нарезание наружных и внутренних резьбовых поверхностей, а также поверхности некоторых других форм, например некруглых, путем введения дополнительного относительного движения инструмента [36]. Формы поверхностей, получаемых способами токарной обработки, приведены в табл. 1.12.1.

Классификация станков токарной группы только по технологическим признакам недостаточна вследствие новых возможностей, предоставляемых устройствами ЧПУ в технологическом и конструктивном отношении, поэтому целесообразно использование признаков, отражающих конструктивно-видовые особенности токарных станков, а именно: основной конструктивный признак; вспомогательный видовой признак; компоновка; количество позиций закрепления заготовок; число устанавливаемых инструментов; вид управления; класс точности [20].

Классификация станков по основным и вспомогательным признакам приведена в табл. 1.12.2.

Компоновка станков обусловлена положением главной оси вращения заготовки и относительным положением инструмента в пространственной системе координат, используемой в ISO recommendation R-841. По этому признаку выделяются горизонтальные и вертикальные компоновки.

Уровень концентрации операций, выполняемых на одном станке, характеризуется числом рабочих позиций и способом закрепления заготовок (одно- и многошпиндельная патронная; одно- и многошпиндельная цанговая (прутковая); одно- и многошпиндельная центровая; комбинированная), а также условиями, определяющими эффективность используемого инструмента: числом и сложностью форм обрабатываемых поверхностей с различным направлением подачи; числом разнотипных инструментов; возможностями пространственной ориентации инструментов относительно заготовки; сопоставимостью времен обработки поверхностей.

По числу позиций закрепления заготовок различают одно- или многошпиндельные конструкции, а по числу устанавливаемых инструментов — станки одно- или многоместные, многоинструментальные и с магазином инструментов.

В этой связи особое внимание уделяется концентрации операций токарной обработки, созданию многоцелевых токарных станков, объединяющих выполнение внецентрового сверления, некоторых фрезерных и других подобных операций. При этом принимаются меры для сокращения внецикловых потерь, связанных с переналадкой, контролем, загрузкой-выгрузкой, сменой инструмента и другими, что возможно при наличии развитой системы управления станком на базе ЧПУ [4].

1.12.1. Типовые поверхности, получаемые при токарной обработке

Внешняя круглая цилиндрическая форма поверхности
Внешнее продольное круглое точение: ось вращения заготовки и линия подачи параллельны;
Внешнее поперечное круглое точение: ось вращения заготовки и линия подачи взаимно перпендикулярны;
Внешнее бесцентровое точение: продольное круглое точение несколькими вращающимися инструментами с малым вспомогательным углом в плане при большой подаче

Внутренняя круглая цилиндрическая форма поверхности

Внутреннее продольное круглое растачивание: ось вращения заготовки и линия подачи параллельны;
Внутреннее продольное сверление (зенкерование, развертывание): ось вращения заготовки и ось инструмента совпадают;
Внутреннее поперечное круглое растачивание канавки: ось вращения заготовки и подачи взаимно перпендикулярны на некотором участке

Внешняя (внутренняя) торовая поверхность

Внешнее (внутреннее) круглое двустороннее точение с произвольной подачей комбинацией способов 1.1, 1.2 и 2.1, 2.3

Внешняя коническая форма поверхности

Внешнее продольное точение со смещением одного из центров станка;
Внешнее продольное точение с поворотом направляющих движения инструмента;
Внешнее продольное точение с направляющей линейкой;
Внешнее поперечное точение инструментом с широкой наклонной режущей кромкой

Внутренняя коническая форма поверхности

Внутреннее продольное растачивание аналогично способам 4.2, 4.3, поперечное — способу 4.4

Внешняя винтовая форма поверхности

Внешнее продольное винтовое точение однозубым инструментом с подачей, равной шагу, и профилем режущей кромки, соответствующим профилю резьбы;
То же, многозубым инструментом (резьбовой гребенкой);
То же, многозубым охватывающим инструмен том (плашкой);
Внешнее продольное нарезание многозубым вращающимся инструментом;
Внешнее продольное охватывающее фрезерование многозубым инструментом;
Внешнее продольное винтовое точение с произвольным шагом, равным подаче, по способу 4.1;
Внешнее поперечное винтовое точение торцовых спиралей с произвольным шагом, равным подаче, и профилю резьбы по способу 16;
Внешнее продольное наружное фрезерование многозубым инструментом

Внутренняя винтовая форма поверхности

Внутреннее продольное нарезание однозубым инструментом, профиль режущей кромки которого соответствует профилю впадины резьбы;
Внутреннее продольное нарезание многозубым инструментом (метчиком) соосно оси вращения заготовки с подачей, равной шагу резьбы метчика

Внешняя плоская форма поверхности

Внешнее поперечное подрезное точение направление подачи перпендикулярно оси вращения заготовки;
Внешнее продольное подрезное точение; главная режущая кромка инструмента перпендикулярна оси вращения заготовки;
Внешнее прорезное точение

Внутренняя плоская форма поверхности