Токарные станки - один из древнейших станков, на основе которого создавались станки сверлильной, расточной и др. групп.Т. с. составляют значительную группу металлорежущих станков, отличаются большим разнообразием. На Токарном станке можно выполнять различные виды токарной обработки: обтачивание цилиндрических, конических, фасонных поверхностей, подрезку торцов, отрезку, Растачивание, а также Сверление и Развёртывание отверстий, Нарезание резьбы и накатку рифлений, притирку (См. Притирка) и т.п. Используя специальные приспособления, на Токарном станке можно осуществлять Фрезерование, Шлифование, нарезание зубьев и др. виды обработки. На специализированных Т. с. обрабатывают колёсные пары, муфты, трубы и др. изделия.

Основные узлы Т. с. (рис.1): основание с корытом для сбора охлаждающей жидкости и стружки; Станина с направляющими Суппорта и задней бабки; неподвижная передняя бабка со шпинделем и коробкой скоростей, которая может располагаться и в др. месте, например в основании; передвижная задняя бабка, закрепляемая на станине в определённом положении; Коробка подач, соединённая муфтами с ходовым валиком и ходовым винтом; фартук с механизмом передачи движения от ходового валика к рейке (или к винту подачи поперечных салазок) и с механизмом соединения маточной гайки с ходовым винтом; суппорт, состоящий из каретки, движущейся по направляющим станины, поперечных салазок, перемещающихся по направляющим каретки; поворотная часть с направляющими для верхней каретки, несущей Резцедержатель. Каретка и поперечные салазки перемещаются вручную или автоматически. В Т. с. некоторых моделей верхняя каретка также перемещается автоматически. В механизме фартука предусмотрена блокировка, исключающая одновременное включение подачи от ходового валика и ходового винта и одновременное включение каретки и поперечных салазок. Для быстрого хода суппорта служит дополнительный привод ходового валика от электродвигателя через обгонную муфту.

На Токарном станке в процессе резания вращение заготовки, закрепляемой в патроне зажимном или в центрах, осуществляется от привода главного движения, обеспечивающего ступенчатое или бесступенчатое регулирование частоты вращения шпинделя для настройки на требуемую скорость резания. Поступательное перемещение режущего инструмента обеспечивается кинематической цепью движения подачи, первое звено которой - шпиндель, последнее - зубчато-реечная передача (при точении) или кинематическая пара ходовой винт - маточная гайка (при нарезании резьбы). Настройка подачи производится с помощью коробки подач (при точении) или установкой сменных зубчатых колёс узла настройки подачи - гитары станка (при нарезании резьбы).

Шпиндельный узел выполняется жёстким и виброустойчивым. Опорами шпинделя обычно служат подшипники качения. В прецизионных Т. с. применяют гидростатические подшипники. На переднем конце шпинделя может устанавливаться Планшайба или патрон, в которых закрепляют заготовки. Задняя бабка используется при обработке заготовок в центрах, а также для закрепления инструмента при сверлении, зенкеровании и развёртывании.

В привод главного движения Т. с. могут входить одно - или многоскоростной асинхронный электродвигатель и многоступенчатая коробка скоростей или механический Вариатор либо регулируемый электродвигатель постоянного тока и коробка скоростей (обычно в тяжёлых Т. с.). Иногда в Т. с. применяют др. приводы (например, гидравлические).

Рис.1. Универсальный токарно-винторезный станок производства завода "Красный пролетарий" (модель 16К20): 1 - передняя бабка; 2 - коробка подач; 3 - ходовой валик; 4 - ходовой винт; 5 - винт подачи поперечных салазок; 6 - поперечные салазки; 7 - фартук; 8 - верхняя каретка; 9 - каретка суппорта; 10 - рейка; 11 - статина; 12 - основание; 13 - задняя бабка.

Суппорт

Одним из важнейших достижений машиностроения в начале XIX века стало распространение металлорежущих станков с суппортами - механическими держателями для резца. Введение суппорта разом повлекло за собой усовершенствование и удешевление всех машин, дало толчок к новым усовершенствованиям и изобретениям.

Суппорт предназначен для перемещения во время обработки режущего инструмента, закрепленного в резцедержателе. Он состоит из нижних салазок (продольного суппорта) 1, которые перемещаются по направляющим станины с помощью рукоятки 15 и обеспечивают перемещение резца вдоль заготовки. На нижних салазках по направляющим 12 перемещаются поперечные салазки (поперечный суппорт) 3, которые обеспечивают перемещение резца перпендикулярно оси вращения заготовки (детали).

На поперечных салазках 3 расположена поворотная плита 4, которая закрепляется гайкой 10. По направляющим 5 поворотной плиты 4 перемещаются (с помощью рукоятки 13) верхние салазки 11, которые вместе с плитой 4 могут поворачиваться в горизонтальной плоскости относительно поперечных салазок и обеспечивать перемещение резца под углом к оси вращения заготовки (детали).

Резцедержатель (резцовая головка) 6 с болтами 8 крепится к верхним салазкам с помощью рукоятки 9, которая перемещается по винту 7. Привод перемещения суппорта производится от ходового винта 2, от ходового вала, расположенного под ходовым винтом, или вручную. Включение автоматических подач производится рукояткой 14.

Устройство поперечного суппорта показано на рисунке ниже. По направляющим продольного суппорта 1 ходовым винтом 12, оснащенным рукояткой 10, перемещаются салазки поперечного суппорта. Ходовой винт 12 закреплен одним концом в продольном суппорте 1, а другим - связан с гайкой (состоящей из двух частей 15 и 13 и клина 14), которая крепится к поперечным салазкам 9. Затягивая винт 16, раздвигают (клином 14) гайки 15 и 13, благодаря чему выбирается зазор между ходовым винтом 12 и гайкой 15.

Величину перемещения поперечного суппорта определяют по лимбу 11. К поперечному суппорту крепится (гайками 7) поворотная плита 8, вместе с которой поворачиваются верхние салазки 6 и резцедержатель 5. На некоторых станках на поперечных салазках 9 устанавливается задний резцедержатель 2 для проточки канавок, отрезки и других работ, которые могут быть выполнены перемещением поперечного суппорта, а также кронштейн 3 с щитком 4, защищающим рабочего от попадания стружки и смазочно-охлаждающей жидкости.

Токарный станок имеет весьма древнюю историю, причем с годами его конструкция менялась очень незначительно. Приводя во вращение кусок дерева, мастер с помощью долота мог придать ему самую причудливую цилиндрическую форму. Для этого он прижимал долото к быстро вращающемуся куску дерева, отделял от него круговую стружку и постепенно давал заготовке нужные очертания. В деталях своего устройства станки могли довольно значительно отличаться друг от друга, но вплоть до конца XVIII века все они имели одну принципиальную особенность: при обработке заготовка вращалась, а резец находился в руках мастера.

Исключения из этого правила были очень редкими, и их ни в коем случае нельзя считать типичными для этой эпохи. Например, держатели для резца получили распространение в копировальных станках. С помощью таких станков работник, не обладавший особыми навыками, мог изготовлять затейливые изделия очень сложной формы. Для этого пользовались бронзовой моделью, имевшей вид изделия, но большего размера (обычно 2:

1). Нужное изображение получали на заготовке следующим образом.

Станок оборудовался двумя суппортами, позволявшими вытачивать изделия без участия руки работника: в одном был закреплен копировальный палец, в другом - резец. Неподвижный копировальный палец имел вид стержня, на заостренном конце которого помешался маленький ролик. К ролику копировального пальца специальной пружиной постоянно прижималась модель. Во время работы станка она начинала вращаться и в соответствии с выступами и впадинами на своей поверхности совершала колебательные движения.

Эти движения модели через систему зубчатых колес передавались вращающейся заготовке, которая повторяла их. Заготовка находилась в контакте с резцом, подобно тому, как модель находилась в контакте с копировальным пальцем. В зависимости от рельефа модели заготовка то приближалась к резцу, то удалялась от него. При этом менялась и толщина стружки. После многих проходов резца по поверхности заготовки возникал рельеф, аналогичный имевшемуся на модели, но в меньшем масштабе.

Копировальный станок был очень сложным и дорогим инструментом. Приобрести его могли лишь весьма состоятельные люди. В первой половине XVIII века, когда возникла мода на точеные изделия из дерева и кости, токарными работами занимались многие европейские монархи и титулованная знать. Для них большей частью и предназначались копировальные станки.

Но широкого распространения в токарном деле эти приспособления не получили. Простой токарный станок вполне удовлетворял всем потребностям человека вплоть до второй половины XVIII века. Однако с середины столетия все чаще стала возникать необходимость обрабатывать с большой точностью массивные железные детали. Валы, винты различной величины, зубчатые колеса были первыми деталями машин, о механическом изготовлении которых встал вопрос тотчас же после их появления, так как они требовались в огромном количестве.

Особенно остро нужда в высокоточной обработке металлических заготовок стала ощущаться после внедрения в жизнь великого изобретения Уатта. Изготовление деталей для паровых машин оказалось очень сложной технической задачей для того уровня, которого достигло машиностроение XVIII века.

Обычно резец укреплялся на длинной крючкообразной палке. Рабочий держал его в руках, опираясь как на рычаг на специальную подставку. Этот труд требовал больших профессиональных навыков и большой физической силы. Любая ошибка приводила к порче всей заготовки или к слишком большой погрешности обработки.

В 1765 году из-за невозможности рассверлить с достаточной точностью цилиндр длиной в два фута и диаметром в шесть дюймов Уатт вынужден был прибегнуть к ковкому цилиндру. Расточка цилиндра длиною в девять футов и диаметром в 28 дюймов допускала точность до "толщины маленького пальца".

С начала XIX века начался постепенный переворот в машиностроении. На место старому токарному станку один за другим приходят новые высокоточные автоматические станки, оснащенные суппортами. Начало этой революции положил токарный винторезный станок английского механика Генри Модсли, позволявший автоматически вытачивать винты и болты с любой нарезкой.

Нарезка винтов долго оставалась сложной технической задачей, поскольку требовала высокой точности и мастерства. Механики давно задумывались над тем, как упростить эту операцию. Еще в 1701 году в труде Ш. Плюме описывался способ нарезки винтов с помощью примитивного суппорта.

Для этого к заготовке припаивали отрезок винта в качестве хвостовика. Шаг напаиваемого винта должен был быть равен шагу того винта, который нужно было нарезать на заготовке. Затем заготовку устанавливали в простейших разъемных деревянных бабках; передняя бабка поддерживала тело заготовки, а в заднюю вставлялся припаянный винт. При вращении винта деревянное гнездо задней бабки сминалось по форме винта и служило гайкой, вследствие чего вся заготовка перемещалась в сторону передней бабки. Подача на оборот была такова, что позволяла неподвижному резцу резать винт с требуемым шагом.

Подобного же рода приспособление было на токарно-винторезном станке 1785 года, который был непосредственным предшественником станка Модсли. Здесь нарезка резьбы, служившая образцом для изготавливаемого винта, наносилась непосредственно на шпиндель, удерживавший заготовку и приводивший ее во вращение. (Шпинделем называют вращающийся вал токарного станка с устройством для зажима обрабатываемой детали.) Это давало возможность делать нарезку на винтах машинным способом: рабочий приводил во вращение заготовку, которая за счет резьбы шпинделя, точно так же как и в приспособлении Плюме, начинала поступательно перемещаться относительно неподвижного резца, который рабочий держал на палке.

Таким образом, на изделии получалась резьба, точно соответствующая резьбе шпинделя. Впрочем, точность и прямолинейность обработки зависели здесь исключительно от силы и твердости руки рабочего, направлявшего инструмент. В этом заключалось большое неудобство. Кроме того, резьба на шпинделе была всего 8-10 мм, что позволяло нарезать только очень короткие винты.

Винторезный станок, сконструированный Модсли, представлял собой значительный шаг вперед. История его изобретения так описывается современниками. В 1794-1795 годах Модсли, еще молодой, но уже весьма опытный механик, работал в мастерской известного изобретателя Брамы.

Перед Брамой и Модсли стояла задача увеличить число деталей, изготавливаемых на станках. Однако старый токарный станок был для этого неудобен. Начав работу по его усовершенствованию, Модсли в 1794 году снабдил его крестовым суппортом.

Нижняя часть суппорта (салазки) устанавливались на одной раме с задней бабкой станка и могла скользить вдоль ее направляющей. В любом ее месте суппорт мог быть прочно закреплен при помощи винта. На нижних салазках находились верхние, устроенные подобным же образом. С помощью них резец, закрепленный винтом в прорези на конце стального бруска, мог перемещаться в поперечном направлении.

Движение суппорта в продольном и поперечном направлениях происходило с помощью двух ходовых винтов. Подвинув резец с помощью суппорта вплотную к заготовке, жестко установив его на поперечных салазках, а затем перемещая вдоль обрабатываемой поверхности, можно было с большой точностью срезать лишний металл. При этом суппорт выполнял функцию руки рабочего, удерживающего резец. В описываемой конструкции, собственно, не было еще ничего нового, но она была необходимым шагом к дальнейшим усовершенствованиям.

Уйдя вскоре после своего изобретения от Брамы, Модсли основал собственную мастерскую и в 1798 году создал более совершенный токарный станок. Этот станок стал важной вехой в развитии станкостроения, так как он впервые позволил автоматически производить нарезку винтов любой длины и любого шага.

Слабым местом прежнего токарного станка было то, что на нем можно было нарезать только короткие винты. Иначе и быть не могло ведь там не было суппорта, рука рабочего должна была оставаться неподвижной, а двигалась сама заготовка вместе с шпинделем. В станке Модсли заготовка оставалась неподвижной, а двигался суппорт с закрепленным в нем резцом.

Для того чтобы заставить суппорт перемещаться на нижних салазках вдоль станка, Модсли соединил с помощью двух зубчатых колес шпиндель передней бабки с ходовым винтом суппорта. Вращающийся винт вкручивался в гайку, которая тянула за собой салазки суппорта и заставляла их скользить вдоль станины. Поскольку ходовой винт вращался с той же скоростью, что и шпиндель, то на заготовке нарезалась резьба с тем же шагом, что была на этом винте. Для нарезки винтов с различным шагом при станке имелся запас ходовых винтов.

Автоматическое нарезание винта на станке происходило следующим образом. Заготовку зажимали и обтачивали до нужных размеров, не включая механической подачи суппорта. После этого соединяли ходовой винт со шпинделем, и винтовая нарезка осуществлялась за несколько проходов резца. Обратный отход суппорта каждый делался вручную после отключения самоходной подачи. Таким образом, ходовой винт и суппорт полностью заменяли руку рабочего. Мало того, они позволяли нарезать резьбу гораздо точнее и быстрее, чем на прежних станках.

В 1800 году Модсли внес замечательное усовершенствование в свой станок - взамен набора сменных ходовых винтов он применил набор сменных зубчатых колес, которые соединяли шпиндель и ходовой винт (их было 28 с числом зубьев от 15 до 50).

На своем станке Модсли выполнял нарезку резьб с такой изумительной точностью и аккуратностью, что это казалось современникам почти чудом. Он, в частности, нарезал регулировочные винт и гайку для астрономического прибора, который в течение долгого времени считался непревзойденным шедевром точности. Винт имел пять футов длины и два дюйма в диаметре с 50-ю витками на каждый дюйм. Резьба была такой мелкой, что ее невозможно было рассмотреть невооруженным глазом. В скором времени усовершенствованный Модсли станок получил повсеместное распространение и послужил образцом для многих других металлорежущих станков. В 1817 году был создан строгальный станок с суппортом, позволивший быстро обрабатывать плоские поверхности. В 1818 году Уитни придумал фрезерный станок. В 1839 году появился карусельный станок и т.д.

Классификация токарных станков