Тока́рный стано́к — станок для обработки резанием (точением) заготовок из металлов, древесины и других материалов в виде тел вращения. На токарных станках выполняют черновое и чистовое точение цилиндрических, конических и фасонных поверхностей, нарезание резьбы, подрезку и обработку торцов, сверление, зенкерование и развёртывание отверстий и т. д. Заготовка получает вращение от шпинделя, резец — режущий инструмент — перемещается вместе с салазками суппорта от ходового вала или ходового винта, получающих вращение от механизма подачи.
Она включает, согласно классификации Экспериментального НИИ металлорежущих станков, девять типов станков, отличающихся по назначению, конструктивной компоновке, степени автоматизации и другим признакам.
Применение на станках дополнительных специальных устройств (для шлифования, фрезерования, сверления радиальных отверстий и других видов обработки) значительно расширяет технологические возможности оборудования.
Токарные станки, полуавтоматы и автоматы, в зависимости от расположения шпинделя, несущего приспособление для установки заготовки обрабатываемой детали, делятся на горизонтальные и вертикальные. Вертикальные предназначены в основном для обработки деталей значительной массы, большого диаметра и относительно небольшой длины.
Самые распространённые токарные станки в советское время — 1К62 и 16К20.
История создания
Токарный станок — древний инструмент. Самое раннее свидетельство о токарном станке восходит к Древнему Египту около 1300 года до нашей эры. Есть также незначительные доказательства его существования в микенской цивилизации, начиная с XIII или XIV века до н. э.
Четкие свидетельства изготовленных на станке артефактов были обнаружены в 6 веке до нашей эры: фрагменты деревянной чаши в этрусской гробнице в Северной Италии, а также две плоские деревянные тарелки с декоративными изготовленными на станке ободами в современной Турции.
В период враждующих государств в Китае, около 400 г. до н. э., древние китайцы использовали токарные станки для заточки инструментов и оружия в промышленных масштабах.
Первая известная картина, на которой изображен токарный станок, датируется 3 веком до нашей эры в Древнем Египте.
Токарный станок был очень важен для промышленной революции. Он известен как «мать станков», поскольку это был первый станок, который привел к изобретению других станков.
В 1717 году «придворный токарь Его Величества Император Петра Великого» Андрей Константинович Нартов впервые изобрёл токарно-винторезный станок с механизированным суппортом и набором сменных зубчатых колёс. В токарных станках той эпохи резец зажимался в особом держателе, который перемещали вручную, прижимая к обрабатываемому предмету. Качество зависело только от точности рук мастера, тем более, что в то время токарные станки уже применялись для обработки металлических, а не деревянных изделий. Нарезать резьбу на болты, наносить сложные узоры на обрабатываемый предмет, изготовить зубчатые колеса с мелкими зубчиками мог только очень искусный мастер. В своем станке Нартов не просто закрепил резец, но и применил следующую схему: копировальный палец и суппорт приводились в движение одним ходовым винтом, но с разным шагом нарезки под резцом и под копиром. Таким образом было обеспечено автоматическое перемещение суппорта вдоль оси обрабатываемой заготовки. Станок позволял вытачивать сложнейшие рисунки почти на любых поверхностях. Как это ни парадоксально, невзирая на все дальнейшие усовершенствования придуманного Нартовым механизированного суппорта, принцип его действия остался таким же и в наше время. Первые токарные станки Нартова хранятся в коллекции Эрмитажа как шедевры инженерного искусства XVIII века.
Первый полностью задокументированный цельнометаллический токарный станок был изобретен Жаком де Вокансоном около 1751 года. Он был описан в «Энциклопедии».
Важным ранним токарным станком в Великобритании был горизонтальный сверлильный станок, который был установлен в 1772 году в в Вулвиче. Он работал на лошадиной тяге и позволял производить гораздо более точные и мощные пушки, которые с успехом использовались в американской войне за независимость в конце XVIII века. Одной из ключевых характеристик этого станка было то, что в нем вращалась заготовка, а не инструмент, что делало его технически токарным станком. Генри Модсли, который позже много совершенствовал токарные станки, работал в Королевском Арсенале с 1783 года . Подробное описание токарного станка Вокансона было опубликовано за десятилетия до того, как Модслей усовершенствовал свою версию. Вполне вероятно, что Модсли не знал о работе Вокансона, поскольку в его первых версиях упора для скольжения было много ошибок, которых не было в токарном станке Вокансона.
Во время промышленной революции механизированная энергия, генерируемая водяными колесами или паровыми двигателями, передавалась на токарный станок посредством линейного вала, что позволяло быстрее и легче работать. Металлообрабатывающие токарные станки превратились в более тяжелые станки с более толстыми и жесткими деталями. Между концом XIX и серединой XX веков отдельные электродвигатели на каждом токарном станке заменили линейный вал в качестве источника энергии. Начиная с 1950-х годов сервомеханизмы применялись для управления токарными станками и другими станками с помощью числового управления, которое часто сочеталось с компьютерами для создания числового программного управления (ЧПУ). Сегодня в обрабатывающей промышленности сосуществуют токарные станки с ручным управлением и ЧПУ.
Виды токарных станков Доступны различные формы токарных станков в разных форматах и спецификациях. Есть деревообрабатывающие токарные станки, металлообрабатывающие станки и машины, используемые для декоративного точения, обработка стекла и алмазная обработка. Существуют легкие токарные станки, которые полезны для мягких работ, например, в мини-инструментальных комнатах или для практических применений или демонстраций. Существуют мощные токарные станки, используемые для массового производства на электростанциях, сталелитейных и бумажных фабриках, судостроительной и автомобильной промышленности, горнодобывающей промышленности, текстильной промышленности.
+ Технологические подгруппы (ТПГ) станков сверлильно-фрезерно-расточной группыКодНаименование технологической подгруппыОбозначение01Вертикально-сверлильные станкиВСС02Радиально-сверлильные станкиРСС03Горизонтально-расточные станкиГРС04Координатно-расточные станкиКРС05Консольные фрезерные станкиКФС06Бесконсольные фрезерные станкиБФС07Многоцелевые металлорежущие станкиМС
+ Основные типы станков сверлильно-фрезерно-расточной группыКод ТПГНесущая система станкаСтолШпиндельный узел01ВССНеподвижная колонна (стойка)Неподвижный и (или) вертикально-подвижныйВертикально-подвижный02ВСС, РССНеподвижная колонна (стойка) с поворотной или линейно-подвижной траверсойНеподвижный и (или) вертикально-подвижныйКрестово-подвижный03БФС, МСФНеподвижная стойка (Портал)Продольно-подвижныйКрестово-подвижный04КРС, БФСНеподвижная стойка (Портал) с вертикально-подвижной поперечинойПродольно-подвижныйКрестово-подвижный05ВСС, ГРС, КФС, МСНеподвижная стойкаКрестово-подвижный в горизонтальной плоскостиНеподвижный или Вертикально-подвижный06КФС, МСНеподвижная стойкаКрестово-подвижный в вертикальной плоскостиГоризонтально-подвижный07ВСС, РСС, МСФПродольно-подвижная колонная стойка (Портал)НеподвижныйКрестово-подвижный08ГРС, МСПродольно-подвижная стойка Поперечно-подвижныйВертикально- или Крестово-подвижный09ТРС, МСПоперечно-подвижная стойкаПродольно-подвижныйВертикально- или Крестово-подвижный10ГРС, МСКрестово-подвижная стойкаНеподвижныйВертикально- или Крестово-подвижный С учётом шпиндельных узлов, станки могут подразделяться следующими дополнительными характеристиками: Одношпиндельный станок с постоянным положением оси шпинделя Одношпиндельный станок с постоянным положением оси шпинделя и дополнительной опорой для инструментальной оправки Одношпиндельный станок с поворотным шпинделем Одношпиндельный станок с поворотно-наклонным шпинделем Одношпиндельный станок с дополнительным, перпендикулярным основному, шпинделем Одношпиндельный станок с дополнительным поворотным шпинделем Одношпиндельный станок с дополнительным поворотно-наклонным шпинделем Станок с револьверной головкой Многошпиндельный станок (в том числе рядный) с параллельными шпинделями Многошпиндельный станок с поворотными (поворотно-наклонными) шпинделями
По уровню автоматизации станки разделяются на: Станок с ручным управлением Станок с ручным управлением с визуализацией цифрового отсчета координат Станок с ручным управлением с элементами программного управления Полуавтомат с цикловым управлением Автомат с цикловым управлением Полуавтомат с УЧПУ Полуавтомат с УЧПУ и автоматической сменой инструментов Автомат с УЧПУ, автоматической сменой инструментов и заготовок Гибкий производственный модуль
Токарно-винторезный станок
Токарно-винторезный станок предназначен для выполнения разнообразных токарных работ по чёрным и цветным металлам, включая точение конусов, нарезание метрической, модульной, дюймовой и питчевых резьб. Является наиболее известным и классическим среди всех металлорежущих станков.
Токарно-винторезные станки являются наиболее универсальными станками токарной группы и используются главным образом в условиях единичного и мелкосерийного производства. Конструктивная компоновка станков практически однотипна. Основными узлами принятого в качестве примера станка 16К20 являются: станина, на которой монтируются все механизмы станка; передняя (шпиндельная) бабка, в которой размещаются коробка скоростей, шпиндель и другие элементы; коробка подач, передающая с необходимым соотношением движение от шпинделя к суппорту (с помощью ходового винта при нарезании резьбы или ходового валика при обработке других поверхностей); фартук, в котором преобразуется вращение винта или валика в поступательное движение суппорта с инструментом; задняя бабка, которая предназначена для поддержания второго конца изделия и придания ему определённого положения при обработке в центрах. Также задняя бабка используется для установки в ней различных режущих инструментов (сверл, зенкеров, разверток), посредством которых производится соответствующая обработка изделия; суппорт служит для закрепления режущего инструмента и сообщения ему движений подачи.
Суппорт состоит из нижних салазок (каретки), перемещающихся по направляющим станины. По направляющим нижних салазок перемещаются в направлении, перпендикулярном к линии центров, поперечные салазки, на которых располагается резцовая каретка с резцедержателями. Резцовая каретка смонтирована на поворотной части, которую можно устанавливать под углом к линии центров станка.
Основными параметрами станков являются наибольший диаметр обрабатываемой детали над станиной и наибольшее расстояние между центрами. Важным размером станка является также наибольший диаметр заготовки, обрабатываемой над поперечными салазками суппорта.
Точность токарно-винторезных станков Токарно-винторезные станки по точности делятся на пять классов: Вид станка ТочностьнормальнаяНповышеннаяПвысокаяВособо высокая точностьАособо точная обработкаС Вертикально-сверлильные ДА ДА НЕТ НЕТ НЕТ Радиально-сверлильные ДА НЕТ НЕТ НЕТ НЕТ Горизонтально-расточные ДА ДА ДА ВОЗМОЖНО НЕТ Координатно-расточные НЕТ НЕТ НЕТ ВОЗМОЖНО ДА Консольные вертикально-фрезерные ДА ДА ВОЗМОЖНО НЕТ НЕТ Консольные горизонтально-фрезерные ДА ДА ДА НЕТ НЕТ Бесконсольные фрезерные одностоечные ДА ДА ДА НЕТ НЕТ Бесконсольные фрезерные двухстоечные ДА ДА НЕТ НЕТ НЕТ Многоцелевые вертикальные НЕТ ДА ВОЗМОЖНО ДА ВОЗМОЖНО Многоцелевые горизонтальные НЕТ ДА ВОЗМОЖНО ДА НЕТ
Токарно-карусельные Главная особенность карусельного станка — вертикальное расположение оси вращения обрабатываемой детали.