Первые упоминания
В 700-х годах н.э. был создан агрегат, частично напоминающий современный токарный станок. История его первого удачного запуска начинается с обработки древесины методом вращения заготовки. Ни одной детали установки не было сделано из металла. Поэтому надежность таких устройств довольна низкая.
В то время низкий КПД имел токарный станок. История производства восстановлена по сохранившимся чертежам, рисункам. Чтобы раскрутить заготовку требовалось 2 крепких подмастерья. Точность получаемых изделий невысокая.
Информацию об установках, отдаленно напоминающих токарный станок, история датирует 650 годом до н. э. Однако общим у этих машин был только принцип обработки — методом вращения. Остальные узлы были примитивны. Заготовка приводилась в движение в прямом смысле руками. Использовался рабский труд.
Созданные модели в 12 веке уже имели подобие привода и на них могли получить полноценное изделие. Однако держателей инструмента еще не было. Поэтому о высокой точности изделия было рано говорить.
Первые станки
Созданию первого станка предшествовало многовековое накопление человеческим обществом производственного и технического опыта, навыков и экспериментов, в результате которых постепенно появлялись, совершенствовались и находили свое техническое выражение и оформление прообразы отдельных конструктивных элементов будущего станка. Этот многовековый процесс тянулся, начиная с древних времен, как история возникновения и совершенствования разнообразных металлообрабатывающих, деревообрабатывающих, камнеобрабатывающих и других орудий труда, инструментов и приспособлений. Предыстория появления первых станков начинается с древнейших исторических периодов, когда наши предки, обладавшие примитивными орудиями-инструментами (главным образом из камня), просверливали отверстия, например, для насаживания молота или топора на палку. И уже тогда возникло устройство, которое сооружалось примерно следующим незамысловатым образом. Из прочного дерева вырезался стержень, один конец которого заострялся. Этим заостренным концом стержень упирался в углубление в камне, наполненное мелкозернистым песком. Вокруг стержня спирально закручивалась тетива лука. При приведении лука в движение стержень начинал вращаться (как сверло), что обеспечивало шлифование углубления с помощью песка. В результате в камне просверливалось отверстие.
Приспособление для сверления отверстий эпохи палеолита
В древние века в Греции и Риме также существовали приспособления для обработки керамики и дерева. По утверждению историка Плиния, некий Феодор, житель острова Самоса (в Эгейском море), за 400 лет до нашей эры с успехом применял устройство, на котором обтачивались механически вращавшиеся (от ножного привода) изделия из металла. Сохранились до нашего времени свидетельствующие об этом древние украшения.
Дошедший до наших дней рисунок токарного станка греческого мастера Феодора (VI век до нашей эры)
Трудно судить, в какой мере Плиний правдиво описал достижения Феодора, отнеся на его счет изобретение механического приспособления для вращения укрепленной между двумя бабками металлической детали, подвергаемой точению. Однако и другие исторические памятники подтверждают факт применения таких устройств в древнем мире. Наиболее древними и наиболее распространенными являлись устройства и станки для токарной обработки и процессов сверления. Все остальные группы и виды станков являлись как бы производными от этих двух основных видов орудий обработки.
Так, еще в древнем Египте применялся токарный «станок» с лучковым ручным приводом. На этом устройстве обтачивались каменные и деревянные изделия. В этом далеком прообразе современных станков уже фигурировали в зародыше такие основные конструктивные элементы станка, как станина, бабки, подставки для резцов и др. В работе «станка» активное участие принимали обе руки рабочего. Возвратное вращение изделия, подача резца требовали приложения больших физических усилий человека. Эти «станки» с небольшими модификациями в течение многих веков применялись в разных странах мира.
«Станок» с ручным лучковым приводом, применявшийся в древнем Египте для токарной работы
Работа на древнеегипетском токарном станке
В дальнейшем устройство для точения претерпело ряд конструктивных изменений. Оно приводилось в движение уже ногой человека и привязывалось бичевой к двум соседним деревьям. Обрабатываемое изделие крепилось между двумя, привязанными к стволам деревьев, отточенными колами.
Токарный «станок» с ножным приводом
Вращение изделия осуществлялось веревкой, верхний конец которой был привязан к пружинящей ветке дерева, посередине веревка обвивала изделие, а нижний конец веревки заканчивался петлей. Человек вставлял ногу в петлю, и, нажимая и отпуская веревку, приводил изделие во вращательное движение. Это токарное устройство применялось очень долго в самых разнообразных модификациях.
В начале XV века основание токарного станка представляло собой деревянную скамейку. На скамейке-станине находилось две бабки, соединенные бруском, служившим опорой для резца. Это избавляло токаря от необходимости держать резец на весу. Детали станка изготовлялись из дерева. Над станком свешивалась укрепленная на столбе гибкая жердь. К концу жерди прикреплялась веревка. Веревка обвивалась вокруг вала, спускалась вниз и привязывалась к деревянной педали. Нажимая на педаль, токарь приводил во вращение деталь. Когда токарь отпускал педаль, гибкая жердь тянула веревку назад. При этом заготовка вращалась в обратную сторону, так что токарю приходилось, как и в лучковых станках, попеременно то прижимать, то отодвигать резец.
Токарный станок приводимый в движение ногой (из книги «Дом 12-ти братьев Менделя», 1400 г.)
До нашего времени сохранился токарный станок XVI века императора Максимилиана I. Станок в основном был изготовлен также из дерева, но центры для установки изделия у него были металлические. Этот станок (изготовленный в 1518 г.) уже имел люнет с рамкой для направления изделия. Подвижная рамка регулировалась винтом. Люнет станка был изготовлен из бронзы. Ножной веревочный привод с пружинящей жердью ничем не отличался от описанного выше.
Токарный станок императора Максимилиана I (1518 г.)
Люнет и бабки токарного станка императора Максимилиана I
В сохранившихся записях Леонардо да Винчи имеется ряд чертежей токарных станков, хотя все эти станки построены не были.
В 70-х годах XVI века французским королем Карлом IV была выдана мастеру Жаку Бессону привилегия на токарный станок для нарезания резьбы. В этом станке имелись три бабки. Две малые бабки давали направление коробке с ходовым винтом. Сама коробка, проходя через третью (левую на рисунке) бабку, держала вертикальную стойку с резцом. Изделие устанавливалось между левой стойкой станка и большой бабкой. Средняя бабка являлась гайкой ходового винта. На рисунке видна подвеска вертикального стержня с резцом на продольной бабке, подвешенной через две системы блоков на грузах. На холостом ходу нижняя бабка опускалась и резец отходил от изделия. При одновременном вращении рабочими ветвями веревок ходового винта и изделия резец нарезал резьбу на последнем. По мере нарезания резьбы ставились резцы с постепенно увеличивающимися коленами.
Токарно-винторезный станок Ж. Бессона с копиром и ножным приводом для нарезания резьбы
Результат работы на таких станках всецело зависел от умения и глазомера токаря.
В начале XVII века начинают применяться станки с непрерывным канатным ручным приводом от маховика, расположенного за станком. На следующем рисунке показан токарный станок, описанный в книге Соломона де Ко, изданной во Франции в 1615 г. На этом станке обрабатывались торцы изделия, причем опора каретки прижималась к копиру грузами.
Токарный станок с канатным ручным приводом от маховика (из книги Соломона де Ко, 1615 г.)
На следующем рисунке изображен другой станок, также относящийся к XVII веку. Этот станок, описанный в книге Шерюбена (издана во Франции в 1671 г.), имел ряд конструктивных улучшений. Привод у станка был ножной, с тетивой, но вращение передавалось уже через коленчатый вал. В этом станке был применен ступенчато-шкивный привод.
Токарный станок Шерюбена (1617 г.)
Ещё по теме: Фото старых станков Видео старинных станков Китайский станок по резке камня
При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.
Литература
Устройство первых моделей
Старинный токарный станок зажимал заготовку между центрами. Вращение осуществлялось руками всего на несколько оборотов. Неподвижным инструментом осуществлялся рез. Аналогичный принцип обработки присутствует в современных моделях.
В качестве привода для вращения заготовки мастера использовали: животных, лук со стрелами привязанный веревкой к изделию. Некоторые умельцы для этих целей строили подобие водяной мельницы. Но значительно повысить производительность так и не получалось.
Первый токарный станок имел деревянные части, и с увеличением количества узлов терялась надежность устройства. Водяные приспособления быстро теряли актуальность ввиду сложности ремонта. Только к 14 веку появился простейший привод, значительно упростивший процесс обработки.
Какие особенности были у ранних моделей?
Ранние модели имели общий для всех привод. Вращение передавалось через ременные передачи. Количество оборотов заготовки невозможно было выставить точно. Продольное и поперечное перемещение суппорта зависело от числа оборотов вала и регулировалось перестановкой шестерен в коробке подач. Скорость вращения шпинделя выставлялась перебрасыванием ремня на шкив нужного диаметра.
Точность поперечной и продольной подачи инструмента составляла 0,1 мм – погрешность ручного перемещения по лимбу. Невозможно было автоматизировать процесс обработки на ранних моделях и изготавливать большие партии деталей с высокой точностью соответствия.
Токарный станок имеет многовековую историю. Она отражает технический уровень развития народов, их стремление к упрощению изготовления деталей и создание красивых вещей правильной формы.
Ранние приводные механизмы
Прошло несколько веков с изобретения токарного станка до реализации на нем простейшего приводного механизма. Представить его можно в виде жерди закрепленной посередине на станине поверх заготовки. Один конец очепа привязан веревкой, которая обернута вокруг заготовки. Второй закреплен с педалью для ног.
Этот механизм успешно работал, но не мог дать необходимую производительность. Принцип работы был построен на законах упругой деформации. При нажатии на педаль осуществлялось натяжение веревки, жердь изгибалась и испытывала значительное напряжение. Последнее передавалось заготовке, приводя ее в движение.
Провернув изделие на 1 или 2 оборота, жердь освобождалась и снова изгибалась. Педалью мастер регулировал постоянную работу очепа, заставляя непрерывно вращаться заготовку. Руки при этом были заняты инструментом, совершая обработку древесины.
Этот простейший механизм унаследовали следующие версии станков, которые уже имели кривошипно-шатунный механизм. Аналогичную конструкцию привода впоследствии имели механические швейные машинки 20-го века. На токарных станках при помощи кривошипа добились равномерного движения в одну сторону.
За счет равномерного движения мастера стали получать изделия правильной цилиндрической формы. Единственное чего не хватало — жесткости узлов: центров, державок инструмента, приводного механизма. Из дерева изготавливались держатели резцов, что приводило к их отжиму при обработке.
Но, несмотря на перечисленные недостатки, стало возможным выпускать даже шарообразные детали. Обработка металлов еще была затруднительным процессом. Даже мягкие сплавы вращением не поддавались реальному точению.
Положительным сдвигом в конструировании станков было внедрение универсальности в обработке: уже на одной машине выполнялась обработка заготовок различного диаметра и длины. Это достигалось регулируемыми держателями и центрами. Однако большие детали требовали значительных физических затрат мастера на реализацию вращение.
Многие умельцы приспособили маховик из чугуна и других тяжелых материалов. Использование силы инерции и притяжения облегчило труд обработчика. Однако промышленных масштабов достигнуть было еще сложно.
История создания первого станка в мире
История появления и развития токарного станка берет свое начало в 650 г до н. э. Это документально подтверждает гравюра, найденная археологами. На ней изображены люди в хитонах, наблюдающие за работой мастера Федора на ножном токарном станке. Деталь закреплялась между 2 центрами и приводилась в движение рычагом.
Заготовка в таком станке вращалась попеременно на несколько оборотов к инструменту, затем обратно, от него. Резец держали в руках. Усилие при резании было слабым, точность низкая. На таком станке могли обрабатывать:
- дерево;
- рог;
- кость;
- цветные металлы;
- бронзу.
Историки нашли украшения, сделанные на аналогичном оборудовании.
Справка! Времени на изготовление самого простого изделия затрачивалось много, половина его уходила на обратное вращение. Но по сравнению с ручной обработкой технология была высокопроизводительной и отличалась высокой точностью создания круглой поверхности.
Первые упоминания
Первые изображения токарных станков нашли в древнем Египте. На фресках хорошо видно лучковый механизм привода. Тетиву обвивали вокруг зажатой в центре детали с одного конца, и натягивали на лук. Раб двигал приспособление вперед и назад, вращая деревянную заготовку то в одну, то в другую сторону. Мастер сидит на полу и направляет инструмент.
Со временем на египетских лучковых токарных станках появилась продольная линейка. Она имела деления и на нее опирался резец при работе. Теперь можно было создавать относительно одинаковые детали, например ножки для столов, колонны.
Со временем появились токарные станки с ножным приводом. Они работали, как и лучковые, но можно было обойтись без раба. Использовалась сила упругости живой ветки дерева. Один конец веревки, обмотанной вокруг детали, висел петлей внизу, второй привязывался к ветке на дереве. Мастер вставлял ногу в петлю, нажимал вниз. Деталь делала несколько оборотов в одну сторону. Затем он отпускал веревку, ветка выпрямлялась и вращала конструкцию в обратном направлении.
На рисунке 1400 года деревянный станок установлен в помещении и имеет подвижные бабки для работы с заготовками разной длины. В 1518 году был изготовлен станок императора Максимилиана. Он имел металлические центры и подвижный люнет, перемещающиеся по направляющим. Все корпусные детали были покрыты узорами, имитирующими старинные башни, замки. Ручки сделаны в виде воинов.
Справка! Первые станки с непрерывным вращением в одну сторону описаны в Книге Соломона в 1615 году. Подручный вращал ручку большого колеса, соединенного ременной передачей со шкивом на станке. На таких станках обрабатывали не только поверхность, но и торцы детали, делали расточку.
Ученые изобретатели, кто изобрел?
До нашего времени сохранились чертежи токарных станков и отдельных узлов, разработанные Леонардо да Винчи. Но ни один агрегат не был построен по ним. Примерно в 1570 году Карл IV, будучи французским королем, поручил Жаку Бессону создать токарный станок для нарезания резьбы. Он установил третью бабку, которая держала резец и отводила его при обратном вращении.
К ученым-изобретателям токарного станка относятся:
- Андрей Константинович Нартов, механик Петра 1, механизировал нарезку резьбы.
- Алексей Супонини и Павел Захава – тульские механики усовершенствовали конструкцию суппорта.
- Француз Ж Вокансон создал прообраз универсального станка на мощной станине с металлическими узлами.
- Англичанин Д Рамедон спроектировал 2 вида станков, нарезающих резьбы.
- Французский механик Сено создал оборудование для нарезки винтов.
- Мондсли построил универсальный токарный станок, ставший со временем базовой моделью.
- Д Клемент установил ходовой винт в передней части станины и протянул его через фартук.
- Д Виворт автор автоматической поперечной подачи.
- Американец Фитч разработал и построил револьверный станок.
- К Випиль и Т Слоан создали деревообрабатывающие автоматы.
- Хр Спенсер построил первый универсальный автомат.
Генри Мондсли усовершенствовал суппорт, автоматизировал нарезку резьбы, и первым поднял вопрос об унификации некоторых деталей. Он разработал основные типоразмеры и стандартизировал резьбы.
Идею Мондсли подхватили американцы, и вскоре стали изготавливать стандартизированные детали. Это позволило им запустить конвейеры, в разы повысить производительность труда, сократив большую часть рабочих.
Важно!
До открытия Нартова для нарезки резьбы на вал наматывали полоску бумаги по ширине равную шагу. Затем острым инструментом намечали винтовую линию в зазоре между полосками. После этого вручную напильниками вытачивали резьбу.
Устройство первых моделей
Первыми моделями, которые можно с уверенностью назвать токарными станками, были конструкции с канатно-ручным приводом и станок, описанный в 1671 году Шерюбеном. Он имел ножной привод и коленвал, благодаря которому вращение было в одну сторону. Ступенчато-шкивный привод позволял изменять частоту вращения детали.
С появлением водяного колеса станки перевели на механический привод. Через цех тянулся длинный вал с большим количеством шкивов. Каждый станок соединялся с ведущим валом ременной передачей.
Управление
После внедрения в 1712 году изобретения Нартова – самоходного суппорта, была решена проблема крепления и перемещения инструмента. Теперь вращение детали включалось и регулировалось перекидывание ремня на шкив нужного диаметра.
Продольное перемещение суппорта осуществлялось от винта, связанного с приводом. Шаг подачи регулировался копировальным пальцем. Он регулировал соотношение шага и подачи суппорта. Затем было изобретение Вокансона и суппорт получил механическую поперечную передачу и одновременно мог управляться вручную.
Начиная с 1800 года, токарные станки имеют все узлы современного оборудования и блоки управления. Крутящий момент передается от привода через ременную передачу. Жесткую зависимость продольных и поперечных подач от скорости вращения обеспечивают зубчатые зацепления. На суппорте появились рукоятки для переключения на разные режимы резания.
Металлические детали
Первые металлические детали на токарном станке появились на модели императора Максимилиана в 1518 году. Это были вращающиеся центра, в которых зажималась заготовка. Нартов в 1712 году создал станок для нарезания резьбы. В нем крутящий момент передавался через зубчатые шестерни и винтовой вал. Все детали были железными.
Первый полностью металлический станок был изготовлен Вокансоном в 1751 году. Французский механик относился к своему изобретению как к инструменту и убрал все декоративные украшения, оставив только функциональные узлы и детали. Его станок выглядел просто, имел массивную чугунную станину и мог выдерживать большие нагрузки при обработке металла.
Начиная с этого времени на станинах появились направляющие для суппорта и задней бабки. Станки стали изготавливать из стальных и чугунных деталей. Модели имели все узлы современного токарного оборудования.
Датчики положения
Первыми датчиками положения были копировальные пальцы. Они скользили по винту и задавали продольное и поперечное перемещение. Возможность переместить заднюю бабку позволила устанавливать детали разной длины и даже обрабатывать широкие заготовки с торца.
Когда перемещение суппорта и задней бабки стало происходить по направляющим, появились линейки с делениями, определяющими положение резца. Изготовление точных резьбы дало начало созданию лимбов. Теперь можно было уверено сказать, насколько сместится суппорт и резцедержка за полный оборот, и на какой угол следует повернуть ручку для смещения на 1 мм.
Приводные механизмы
Привод токарного станка прошел несколько этапов эволюции:
- ручной и ножной с возвратным вращением;
- ручное вращение в одну сторону;
- движение от водяного колеса;
- паровой привод;
- электродвигатель.
С 1837 по 1842 год Роберт Дэвидсон конструировал электроприводы, в том числе и для токарных станков. Асинхронный трехфазны двигатель был изобретен Доливо-Добровольским в 1891 году. Но только после революции 1917 года его стали устанавливать на токарные станки и другое оборудование.
Габариты и вес
На первых станках обрабатывались детали диаметром до 200 мм и длиной до 1200 мм. Вес деревянного оборудования составлял 50–100 кг. Простейшие токарные настольные станки весят в сборе 70–120 кг. На них обрабатываются металлические заготовки весом 12–35 кг. Промышленное токарное оборудование весит от 1,2 тонны. На него устанавливают металлические детали от 200 мм диаметром и длиной 800–3000 мм.
Металлические детали
Основной задачей изобретателей станков было повысить жесткость узлов. Началом технического перевооружения стало применение металлических центров, зажимающих заготовку. Позже уже внедрили шестеренчатые передачи из стальных деталей.
Металлические запчасти позволили создать винторезные станки. Жесткости уже хватало для обработки мягких металлов. Постепенно совершенствовались отдельные узлы:
- держатель заготовок, позже названный главным узлом — шпинделем;
- конусные упоры оснащались регулируемыми механизмами для изменения положения по длине;
- работа на токарном станке стала легче с изобретением металлического держателя инструмента, но требовался постоянный отвод стружки при повышении производительности;
- чугунная станина повысила жесткость конструкции, что позволило обрабатывать детали значительной длины.
С внедрением металлических узлов раскрутить заготовку становится сложнее. Изобретатели задумались о создании полноценного привода, желая исключить ручной труд человека. Система передач помогла осуществить задуманное. Паровой двигатель впервые был приспособлен для вращения заготовок. Ему предшествовал водяной двигатель.
Равномерность перемещения режущего инструмента осуществлялась червячной передачей при помощи рукоятки. Благодаря этому получалась более чистая поверхность детали. Сменные блоки позволили реализовать универсальную работу на токарном станке. Механизированные конструкции усовершенствовались столетиями. Но по сей день принцип работы узлов базируется на первых изобретениях.
Ученые изобретатели
В настоящий момент, покупая токарный станок, технические характеристики анализируют в первую очередь. В них приводятся основные возможности в обработке, габариты, жесткость, скорость производства. Ранее с модернизацией узлов постепенно вводились параметры, согласно которым модели сравнивали между собой.
Классификация машин помогала оценивать степень совершенства того или иного станка. После анализа собранных данных Андрей Нартов, отечественный изобретатель времен Петра I-го, модернизировал предыдущие модели. Его детищем стал настоящий механизированный станок, позволяющий производить различные виды обработок тел вращения, нарезать резьбу.
Плюсом в конструкции Нартова была возможность изменять скорость вращения подвижного центра. Также им были предусмотрены сменные блоки шестерен. Внешний вид станка и устройство напоминают современный простейший токарный станок ТВ3, 4, 6. Аналогичные узлы имеют и современные обрабатывающие центры.
В 18-ом веке Андрей Нартов представил миру самоходный суппорт. Ходовой винт передавал равномерное перемещение инструмента. Генри Модсли, английский изобретатель, представил свою версию важного узла к концу столетия. В его конструкции изменение скорости перемещения осей осуществлялось благодаря разному шагу резьбы ходового винта.
С маховика вращение передается посредством кожаного или резинотканевого ремня (или шнура) на барабан передней бабки. Поскольку последний имеет по всей длине одинаковый диаметр, изменение скорости вращения обрабатываемой детали зависит лишь от работы нажимной педали. Если же барабан выполнить в виде ряда шкивов разного диаметра, желаемые обороты можно будет получать простым перебрасыванием ремня. Однако тогда нужно будет придумать приспособление для натяжения ремня при переводе его с большего шкива на меньший.
Для соединения перечисленных деталей и узлов в единую конструкцию служат деревянные стойки, в свою очередь опирающиеся на деревянные подпятники. И сами стойки, и подпятники изготовлены из одинаковых досок толщиной 20-25 мм.
Продольную прочность конструкции придают нижние и верхние связки. На одной из нижних — той, что длиннее, объединяющей все три стойки (из трубы или бруска), шарнирно крепится педаль. А над ней, на верхней связке (доска, как и у стоек, но в половину их ширины) устанавливается суппорт, на который будет опираться обрабатывающий инструмент: стамеска, долото, напильник или шлифовальный блок. Суппорт может передвигаться по горизонтали и закрепляться в нужном месте благодаря расположенному снизу эксцентрику с ручкой. Все детали суппорта изготавливаются из твердых пород дерева.
Основа суппорта — Н-образный корпус; он может быть выполнен целиком или из брусков. В верхний паз вставляется опора для инструмента (брусок), а нижний скользит по бруску верхней стяжки станка. Фиксирующий его положение эксцентрик представляет собой металлический диск со смещенным от центра квадратным отверстием; такое же отверстие — и у планки ручки. Входящий в них стержень-ось имеет такое же квадратное сечение, как и средняя часть вала передней бабки, где устанавливается барабан привода. Головка передней бабки заканчивается зубом, удерживающим обрабатываемую деталь.
Основные узлы
Для обработки 3D-деталей резанием методом вращения идеально подходят токарные станки. Обзор современной машины содержит параметры и характеристики основных узлов:
- Станина — основной нагруженный элемент, рама станка. Изготавливают из прочных и твердых сплавов, преимущественно применяется перлит.
- Суппорт — остров для крепления вращающихся инструментальных головок либо статичного инструмента.
- Шпиндель — выступает в роли держателя заготовок. Основной мощный узел вращения.
- Дополнительные узлы: ШВП, оси скольжения, механизмы смазки, подачи СОЖ, воздухоотборники из рабочей зоны, охладители.
Современный токарный станок содержит приводные системы, состоящие из сложной электроники управления и двигателя чаще синхронного. Дополнительные опции позволяют убирать стружку из рабочей зоны, измерять инструмент, подавать СОЖ под давлением непосредственно в область реза. Механика станка подбирается индивидуально под задачи производства, от этого зависит и стоимость оборудования.
Суппорт содержит узлы для размещения подшипников, которые насажены на ШВП (шарико-винтовую пару). Также на нем монтируются элементы для контакта с направляющими скольжения. Смазка в современных станках подается автоматически, контролируется ее уровень в бачке.
В первых токарных станках перемещение инструмента осуществлял человек, он выбирал направление его движения. В современных моделях все манипуляции осуществляет контроллер. Понадобилось несколько веков для изобретения подобного узла. Электроника значительно расширила возможности обработки.
Управление
В последнее время распространены токарные станки с ЧПУ по металлу — с число-программным управлением. Контроллер управляет процессом реза, отслеживает положение осей, вычисляет движение по заложенным параметрам. В памяти хранится несколько этапов реза, вплоть до выхода готовой детали.
Токарные станки с ЧПУ по металлу могут иметь визуализацию процесса, что помогает проверить написанную программу до начала движения инструмента. Весь рез можно увидеть виртуально и вовремя исправить ошибки кода. Современная электроника контролирует нагрузку на оси. Последние версии программного обеспечения позволяют определить поломанный инструмент.
Методика контроля поломанных пластин на державке основана на сравнении графика нагрузок оси при нормальном режиме работы и при превышении аварийного порога. Отслеживание происходит в программе. Сведения для анализа контроллеру подает приводная система либо датчик мощности с возможностью оцифровки значений.
Датчики положения
Первые станки с электроникой имели концевики с микровыключателями для контроля крайних положений. Позже на винтопару стали устанавливать кодеры. В настоящее время используются высокоточные линейки, способные замерить люфт в несколько микрон.
Оснащаются круговыми датчиками и оси вращения. Шпиндельный узел мог быть управляемым. Это требуется для реализации фрезерных функций, которые выполнялись приводным инструментом. Последний часто встраивался в револьверную головку.
Измерение целостности инструмента производится при помощи электронных щупов. Они же облегчают работу по поиску точек привязки для старта цикла реза. Зонды могут замерять геометрию получаемых контуров детали после обработки и автоматически вносить корректоры, закладываемые в повторную чистовую обработку.
Простейшая современная модель
Токарный станок ТВ 4 относится к учебным моделям с простейшим приводным механизмом. Все управление осуществляется вручную.
Рукоятки:
- регулируют положение инструмента относительно оси вращения;
- задают направления нарезания резьбы правой или левой;
- служат для изменения числа оборотов главного привода;
- определяют шаг резьбы;
- включают продольное перемещение инструмента;
- отвечают за крепление узлов: задней бабки и ее пиноли, головки с резцами.
Маховики перемещают узлы:
- пиноль задней бабки;
- каретку продольную.
В конструкции предусмотрена цепь освещения рабочей зоны. Система безопасности в виде защитного экрана предохраняет работников от попадания стружки. Конструкция станка компактная, что позволяет его использовать в учебных классах, помещениях сервиса.
Токарно-винторезный станок ТВ4 относится к простым конструкциям, где предусмотрены все необходимые узлы полноценной конструкции по обработке металлов. Шпиндель имеет привод через коробку передач. Инструмент закреплен на суппорте с механической подачей, приводится в движение винтопарой.
Краткий исторический обзор развития токарного станка
Поразительно, но изобретение токарного станка состоялось за много веков до появления электричества, в VII веке до нашей эры, на территории Древнего Египта. На фресках того периода изображены примитивные устройства для обработки дерева или рога с помощью резца. Закрепленную деталь вращал подмастерье-невольник, а мастер снимал с нее стружку. Следующий прорыв в токарном деле состоялся на рубеже нашей эры. Неизвестный изобретатель догадался использовать тетиву лука в качестве привода движущего элемента. Теперь мастер мог работать один, без подсобников.
Работа на станке в Древнем Египте
В Средние века лучшим токарным оборудованием считались немецкие станки. Они обладали ножным приводом, с XVI века оснащались кривошипно-шатунным механизмом и стальным зажимным центром. Это было довольно совершенное для своей эпохи оборудование, на нем вытачивались разнообразные тела вращения. Повышение мощности было ограничено мускульной силой человека. В XVII веке появились частично механизированные станки. Заготовка вращалась от привода водяного колеса, резец приводился в действие вручную. В следующем веке русский изобретатель А.К. Нартов собрал опытный образец революционно-нового станка. В его разработке был использован механизированный суппорт для продольного движения резца вдоль детали, сменные зубчатые колеса и функция нарезки резьбы. Бурное развитие металлообработки в Европе во многом определилось изобретением Нартова. В начале XIX столетия англичанин Генри Модсли запатентовал универсальный токарный станок, причем конструкция суппорта оказалась на удивление совершенной.
Токарный станок Модсли
Родиной автоматизации токарной металлообработки стали США. Здесь были изобретены револьверные станки, внедрена стандартизация машиностроительного оборудования и первые системы безопасности. Уже в конце XIX века на американском токарном оборудовании имелись автоматические функции — остановка режущего лезвия при достижении заданного размера, автоподстройка скорости фронтальной расточки и т.д. Любой современный токарный станок с ЧПУ оснащается таким функционалом в обязательном порядке. В двадцатом столетии к семейству токарно-винторезных станков прибавились токарно-карусельные, автоматизированные и роботизированные механизмы, многошпиндельные модели и оборудование для продольного точения. Появились программируемые станки и токарно-фрезерные обрабатывающие центры. Рекордсменом среди токарных станков считается штучное изделие . Имея поворотное основание диаметром пять метров, он способен обрабатывать заготовки весом до пяти тонн. Дальнейшее совершенствование токарного оборудования развивается с учетом высоких требований к точности заданных размеров, чистоте обрабатываемой поверхности, эргономичности и безопасности.
Размеры
Шпинделем управляет асинхронный двигатель. Максимальный размер заготовки может быть в диаметре:
- не более 125 мм, если проводить обработку над суппортом;
- не более 200 мм, если обработка проводится над станиной.
Длина заготовки зажимаемой в центрах не более 350 мм. В сборе станок весит280 кг, максимальные обороты шпинделя 710 об/мин. Эта скорость вращения является определяющей при чистовой обработке. Питание производится от сети 220В частотой 50 Гц.
Особенности модели
Коробка скоростей станка ТВ4 связана с двигателем шпинделя клиноременной передачей. На шпиндель же вращение передается от коробки через ряд шестерней. Направление вращения заготовки легко меняется фазировкой главного двигателя.
Гитара служит для осуществления передачи вращения от шпинделя к суппортам. Имеется возможность переключать 3 скорости подачи. Соответственно нарезается три разного типа метрические резьбы. Плавность и равномерность хода обеспечивает ходовой винт.
Рукоятками задается направление вращения винтопары передней бабки. Также рукоятками задаются скорости подач. Суппорт ходит только в продольном направлении. Узлы следует смазывать согласно регламентам станка вручную. Шестерни же забирают смазку из ванны, в которой они работают.
На станке реализована возможность работы вручную. Для этого используются маховики. Происходит зацепление реечной шестерни и зубчатой рейкой. Последняя прикручена к станине. Такая конструкция позволяет при необходимости включать ручное управление станком. Аналогичный маховик применяется для перемещения пиноли задней бабки.
Универсальный токарный станок – время пришло
Во многих отраслях человеческой созидательной деятельности пальма первенства достаётся тому, кто не столько изобрёл нечто, но ещё и смог при этом аналитически верно обобщить опыт предыдущих поколений. Генри Модсли – не исключение.
Токарный станок Г. Модсли 1798 г
Нет оснований утверждать, что Модсли примитивно украл схему суппорта у Андрея Нартова. Да, во времена Петра I не особо приветствовались связи с Англией, но зато крепкими были взаимоотношения с Голландией. Но учитывая то, что голландцы, в свою очередь, часто принимали у себя английских предпринимателей и просто мастеров, вполне вероятно, что об изобретении Нартова очень скоро стало известно и на берегах туманного Альбиона (хотя Модсли и сам мог узнать о станке Нартова, поскольку в те годы занимался строительством паровых машин для России).
Величие Генри Модсли в другом – он представил на суд заинтересованных лиц (а в Англии к тому времени промышленная революция шла полным ходом) концепцию первого, по-настоящему универсального станка для выполнения различных токарных операций. Оборудования, в котором органично были решены все проблемы токарного способа обработки изделий.
Токарные станки Генри Модсли
Первый суппорт у Модсли имел крестообразную конструкцию: для перемещения по направляющим имелись два ходовых винта. Но в 1787 году Модсли кардинально изменил порядок движений инструмента и заготовки: последняя оставалась неподвижно закреплённой, а вдоль её образующей теперь скользил суппорт. Для реализации этого изменения Модсли соединил один из ходовых винтов суппорта с передней бабкой при помощи зубчатой передачи (тот нюанс, до которого не додумался Нартов). В результате нарезание резьбы стало выполняться автоматически, а вручную производился лишь отвод суппорта после обработки детали.
Добавив позже в станок комплект сменных зубчатых колёс, Модсли добился того, что теперь присуще любому токарному станку – универсальности и технологического удобства работы.
