1. Что такое токарный станок.
Токарный станок — 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.
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 13-го или 14-го века до нашей эры.
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 в.
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 Королевском Арсенале 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 18-го века. Одной из ключевых характеристик этого станка было то, что заготовка вращалась в противоположность инструменту, что делало её технически токарным станком. Генри Модслей, 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 19 и серединой 20 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.
2. Техника безопасности обращения с токарным станком.
1. К выполнению работ на токарном станке могут быть допущены только люди, достигшие совершеннолетнего возраста, которые прошли необходимый инструктаж. Они обеспечиваются специальной одеждой, которая включает в себя защитный костюм, ботинки и очки.
2. Токарь выполняет лишь те задания, которые ему поручило начальство. Производить изделия для личного пользования категорически запрещается. Перед работой необходимо исправность оборудования.
3. Строго запрещается размещать в проходах лишние вещи. Прием пищи, а также курение осуществляется в специально оборудованных для этих целей помещения.
4. Запрещено работать в состоянии алкогольного или наркотического опьянения. Рабочий обязан использовать средства личной гигиены.
5. Роба токаря должна хорошо застегиваться, исключать возможность появления свободно болтающихся кусков материи.
6. На рукава следует обратить большое внимание, т.к. они находятся в непосредственной близости от оборудования. Это связано с тем, что вращающиеся элементы станка могут зацепить одежду, причинив серьезный вред рабочему.
7. Обувь должна иметь жесткую подошву. Защита головы полностью укрывает череп и не имеет болтающихся частей. Защитные очки должны подходить рабочему по размеру, иметь чистые, обесцвеченные, не поврежденные линзы.
8. Проверяя исправность станка человек должен внимательно осмотреть заземление, защитные щитки, исправность ограждения и кожухов.
9. Начиная эксплуатацию станка лучше удостовериться, что в патроне отсутствуют посторонние предметы, такие как стружка.
10.Помещение, в котором обрабатывается металл, должно иметь хорошее освещение. Перед началом основных рабочих действий рекомендуется произвести предварительный запуск станка.
11.Человек обязан точно знать, что запуск агрегата не нанесет повреждения людям. Работоспособность станка проверяется на холостых оборотах.
12.В течение дня рабочий обязан постоянно контролировать исправность оборудования. Если по каким-то причинам масло агрегате начало разбрызгиваться, необходимо сразу же прекратить эксплуатацию станка.
13.Стабильно зафиксировать деталь в необходимой позиции и проконтролировать состояние режущего инструмента. Если вес заготовки превышает 16 кг, она размещается на станке при помощи механических средств.
14.Своевременно убирать железные опилки с рабочей поверхности устройства.
15.Излишки охлаждающей жидкости должны своевременно удаляться из сливных желобов станка.
16.Центральная часть задней бабки своевременно смазывается.
Строго запрещено:
· передавать инструменты через вращающиеся элементы агрегата.;
· удалять железные опилки голыми пальцами;
· прикасаться к находящемуся в работе станку;
· останавливать вращение патрона пальцами либо различными предметами;
· убирать стружку с агрегата находящегося в эксплуатации;
· укладывать различные инструменты на корпус станка;
· осуществлять работу в варежках;
· прислоняться к работающему агрегату;
· производить измерение детали, не остановив ее вращения, смазывать ветошью центральные детали;
· покидать находящийся в эксплуатации станок.
3. Виды токарных станков.
3.1 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.
3.2 токарно-карусельный станок
Главная особенность карусельного станка — вертикальное расположение оси вращения. Эти станки предназначены для любой токарной обработки (точение и растачивание цилиндрических и конических поверхностей, подрезка торцов, прорезание канавок, нарезание резьбы резцом) деталей больших габаритов. При оснащении станка дополнительными устройствами на них можно точить фасонные поверхности по копиру. При установке приспособлений на карусельном станке можно производить фрезерование и шлифование.
3.3 лоботокарный станок
Станок с относительно короткой станиной и высоким расположением оси вращения (например, 1А693), предназначенный для обтачивания коротких деталей большого диаметра, преимущественно с торца («по лбу»). Часто не имеют задней бабки. Благодаря значительному количеству пространства и вращению шпинделя в горизонтальной плоскости, лобовые станки подходят для обработки многотонных деталей малой длины. Однако, ввиду серьёзных нагрузок на шпиндельную группу и трудности в монтаже заготовок лобовые станки часто заменяются в производстве карусельными станками.
3.4 токарно-револьверный станок.
Токарно-револьверный станок применяется для обработки заготовок или деталей из калиброванного прутка.На станке производятся следующие виды токарной обработки: точение, расточка, сверление, зенкерование, развёртывание, фасонное точение, создание резьб метчиками, плашками и резцами осуществляется роботом
3.5 автомат продольного точения
Автоматы продольного точения используют при изготовлении мелких серийных деталей из холоднотянутого, калиброванного прутка, фасонного профиля и свёрнутой в бунт проволоки.
Автомат может выполнять точение различных материалов — от меди до легированных сталей.
Преимущественно автоматы продольного точения применяются в крупном и массовом производстве, но могут быть также использованы в серийном производстве.
3.6 многошпиндельный токарный автомат
Автоматы предназначены для токарной обработки сложных и точных деталей из калиброванного холоднотянутого прутка круглого, шестигранного и квадратного сечения или из труб в условиях серийного производства.
На них можно выполнять: черновое, чистовое и фасонное точение, подрезку, сверление, растачивание, зенкерование, развёртывание, резьбонарезание, отрезку, накатывание резьбы.
Достаточная мощность привода и жёсткость конструкции обеспечивают высокую производительность. Некоторые модели могут одновременно выполнять более одной операции, что серьёзно повышает производительность таких станков.
3.7 токарно-фрезерный обрабатывающий центр
Обрабатывающий центр совмещает функции токарного и фрезерного станков. Хотя на револьверных станках с приводным револьвером можно осуществлять фрезерование и сверление, однако возможности таких станков существенно ограничены подвижностью револьвера. Для решения этой проблемы в обрабатывающих центрах есть фрезерная голова под конус HSK или Capto (реже стандартный конус ISO либо BT) Конусы HSK и Capto позволяют устанавливать токарный резец прямо во фрезерную голову, что позволяет осуществлять операцию точения. При этом можно использовать резцы с квадратным сечением хвостовика, зажатые в специальную переходную оправку (чаще применяется на HSK-шпинделях), либо резцы со специальным хвостовиком (характерно для Capto-шпинделей).
4. Основные части токарного станка.
Токарный станок является сложным техническим устройством, состоящим из нескольких частей:
1. станина
2. мотор
3. передняя бабка
4. патрон
5. резцедержатель
6. задняя бабка.
7. 4. Основные части токарного станка.
4.1 Станина
Станина служит для монтажа всех основных узлов и является основанием станка.
4.2. Мотор
Мотор предназначен для передачи вращательного движения обрабатываемой заготовке.
4.3. Передняя бабка
Передняя бабка предназначена удержания заготовки и передавания ей вращательного движения с мотора. Устанавливается с левого конца станины (отсутствует, если мотор установлен напрямую). Неподвижна.
4.4 Патрон
Патрон предназначен для крепления обрабатываемой заготовки. Устанавливается на передней бабке или на валу мотора. Неподвижен.
4.5 Резцедержатель
Резцедержатель предназначен для опоры и удержания резца при обработке заготовки. Двигается вдоль и поперек оси вращения заготовки.
4.6. Задняя бабка
Задняя бабка предназначена для поддержания заготовки с заднего конца. Передвигается вдоль оси вращения заготовки.
5. Как сделать токарный станок своими руками.
Хотя токарный станок и является сложным техническим устройством, изготовить его своими руками возможно. И для этого не надо быть продвинутым инженером или иметь профессиональное оборудование. Для этого надо только знать устройство токарного станка, базовые навыки работы с инструментом и, конечно, фантазию. Первое, что надо сделать, это решить, какая конструкция будет у станка. Самый простой вариант - токарно-винторезный станок. Конструкция такого станка наиболее проста в устройстве и надежна. В основу лежит горизонтальное вращение заготовки и ее обтачивание горизонтальном положении. Следующим этапом является продумывание конструкции будущего станка. Это самый ответственный этап, ведь от него зависит то, насколько просто будет найти необходимые материалы. На этом этапе мы подготавливаем чертежи деталей, показывающие устройство частей станка и общий вид станка в целом. После этого мы определяемся с используемыми материалами и инструментами. Тут тоже все сложно, но проще, чем с чертежами. Удобнее использовать распространенные детали, чем те, которые будет трудно найти. Также нужно подбирать и инструменты, но только из тех, которые есть в вашем распоряжении.
6. Инструменты и материалы.
Материалы:
1. Профильная труба 40х20, 2м;
2. Уголок 20х20, 0.5м
3. Стальная пластина 20х40;
4. Болты М6, около 10 шт.
5. Гайки М6, около 10шт.
6. Болты М8, около 10 шт.
7. Болт М12 0.1 м, 1 шт.
8. Стальная деталь с резьбовыми отверстиями, 2 шт.
9. Болты М5, около 20 шт.
10. Лист оцинкованного железа, 1 кв.м.
11. Мотор АВ-600.
12. Пластина 190х20 мм с продольным отверстием.
Инструменты:
1. Ножовка по металлу или болгарка.
2. Дрель или сверлильный станок.
3. Угольник.
4. Метчик М5.
5. Метчик М8.
6. Метчик М12.
7. Держатель для метчиков.
8. Сверло 4 мм.
9. сверло 7 мм.
10. сверло 11 мм.
11. напильник по металлу.
12. Кернер.
13. Карандаш.
14. Штангенциркуль.
15. Линейка.
16. плоскогубцы.
17. узкогубцы.
18. Молоток.
19. Ножницы по металлу.
20. Крестовая отвертка.
21. Плоская отвертка.
22. Гаечный ключ на 10.
23. Гаечный ключ на 8.
24. Гаечный ключ на 12.
7. Изготовление станины.
Станина – одна из самых важных частей токарного станка. И при ее изготовлении нужно быть предельно внимательным, так как малейшая оплошность в этом деле может служить катастрофой.
Первое, о чем и надо позаботится, так это о выборе материала изготовления. Это может быть и дерево, и металл, и трубы, и много чего другого. Я выбрал профильную трубу сечением 20х40 мм. Она стальная и может дать определенную жесткость.
Начинаем изготовление.
Сначала я выпилил из профильной трубы 4 детали: 2 по 0.5 м и 2 по 0.17 м. Я пилил ножовкой по металлу. Первые две будут расположены вдоль, а две других – поперек.
Теперь их нужно расположить так, как они и должны располагаться. Противоположные трубы лежат параллельно друг другу, а смежные – перпендикулярно.
Теперь необходимо просверлить в них крепежные отверстия. Считая, что заготовки полые, то необходимо просверлить по 4 отверстия в каждой заготовке, в сумме 16 отверстий. Я сверлил на школьном токарном станке сверло на 7 мм.
После этого мы соединяем все болтами с крестовой головкой и гайками М6. Для этого нужно их просунуть в отверстия и закрутить их. Я использовал крестовую отвертку и гаечный ключ на 10.
После этого нужно просверлить 2 отверстия для передней бабки в 2-ух трубах. Я сверлил отверстия сверлами на 4 мм и нарезал в них резьбу М5.
8. Подбор мотора.
Мотор также является важной частью токарного станка. Ведь от него зависит скорость вращения заготовки, и, следовательно, варианты материалов, которые можно будет использовать.
Для токарного станка важно количество оборотов в минуту. Для точения заготовок из разных сортов древесины оптимальным считается скорость вращения, равная от минимальных 500 оборотов в минуту до крупных 20000 оборотов в минуту.
На заводских станках скорость регулируется механической коробкой передач, состоящая из разных по диаметру шкивов.
На самодельных станках реализовать это можно, но будет гораздо сложнее. Я буду обходиться без этого.
В качестве мотора я использовал мотор от старого советского пылесоса АВ-600. Вот его характеристики:
Номинальное напряжение питания – 220 В, частота 50 Гц.
Потребляемая мощность – 600 (+-90) Вт.
Полезная мощность – 210 Вт.
КПД – 35%.
Масса – 1.95 кг.
Диаметр юбки низ/верх – 148/165 мм.
Количество оборотов – 12000-16000 оборотов в минуту.
9. Изготовление передней бабки.
Для токарного станка передняя бабка очень важна.
Но на моем станке ее так таковой не будет. Она будет служить креплением мотора к станине.
Для начала выпилим уголок 20х20 длиной 170мм. В нем высверливаем 4 отверстия диаметром 4 мм. 2 в одной стороне уголка, соосно с отверстиями на моторе, и 2 с другой – соосно с отверстиями на станине. После этого нарезаем резьбу метчиками М5 и закручиваем болты М5 ключом на 8.
10. Изготовление патрона.
в качестве патрона будет использоватся трехкулачковый патрон от дели
11. Изготовление резцедержателя.
Резцедержатель в изготовлении не сложнее станины.
Для начала нужно выпилить определенные детали: уголок 20х20 мм длиной 20мм, стальная пластина 20х40 мм, уголок 20Х20 мм длиной 150 мм, пластина с продольным отверстием 20х190 мм.
Следующим этапом идет сверление отверстий: В уголке 20х20 длиной 20 мм 2 отверстия сверлом 6мм, в уголке 20х20 длиной 150 мм 1 отверстие диаметром 7 мм, в пластине 20Х40 мм 2 отверстия сверлом 7 мм, в пластине 20Х190 мм диаметром 7 мм.
Везде нарезаем резьбу метчиком М8.
Сборка производится в следующем порядке:
Сначала прикручиваем к пластине 2 уголка. Используем болты М8 и ключ на 12.
Потом прикручиваем меньший уголок к пластине продольным отверстием на болт М8 ключом на 10.
После этого в качестве крепления на станине используем стальную деталь с резьбовыми отверстиями и прикручиваем ее к продольному отверстию болтом М8.
12. Изготовление задней бабки.
Для изготовления задней бабки нам понадобится выпилить несколько деталей.
Все эти детали выпиливаются из профильной трубы 20х40 мм. Они различаются лишь длиной: 2 детали по 50 мм и 1 170 мм в длину. Также необходимо выпилить деталь из уголка 20х20 мм длиной 50 мм.
Потом в деталях нужно просверлить отверстия: в 2-ух деталях по 4 крепежных отверстия и 4 отверстия в большей детали сверлом на 7 мм(2 шт.) и на 4 мм(2шт). Расположение отверстий указанно в чертежах. Также в одной детали 20х40х50 мм нужно высверлить 2 отверстия по центру диаметром 11 мм. В уголке необходимо высверлить 2 отверстия диаметром 4 мм.
В отверстиях 11 мм детали 20х40х50 мм нужно нарезать резьбу М12,в детали 20х40х170 мм в отверстиях 4 мм нарезаем резьбу М5 и такие же отверстия в уголке.
Собираем по порядку, как показано на чертеже. Необходимы будут плоская отвертка, ключи на 8 и 10 и узкогубцы. В качестве крепежа используем болты и гайки М6 и М5.
Для крепления заготовки необходимо будет изготовить пиноль. Она будет состоять из болта М12, конец которой надо будет заточить, и самой задней бабки. Она будет вставляться в отверстия с резьбой М12 и передвигаться поперек оси вращения заготовки.
Дополнительно необходимо высверлить в двух деталях параллельно друг под другом в сумме 4 отверстия сверлом 7 мм. Они будут необходимы для крепления на станину. Принцип крепления такой же, как и у резцедержателя.
13. Сборка.
Сначала устанавливаем переднюю бабку на станину, а следом на нее крепим мотор болтами М4. После этого закрепляем патрон на валу мотора. Следующим закрепляем резцедержатель на станину. После резцедержателя закрепляем заднюю бабку на станину.
15. Перспективы доработки самодельного токарного станка.
После столь крупной проделанной работе можно немного передохнуть. В это время следует заняться разработкой новых компонентов станка. Первым, что надо будет изменить – это конструкция станины. Ее желательно сделать из массивных деталей, на подобии железнодорожных рельс. Соединять их лучше сварным швом.
Следующее, что необходимо изменить – крепление мотора и сам мотор. Мотор лучше поставить коллекторный, большей мощности. Крепить его также надо более массивными крепежными элементами.
Очередной доработкой будет являться изготовление кулачкового патрона. Он гораздо удобней в обращении, нежели базовая модель.
Также можно заменить подручник (резцедержатель) на суппорт, который будет ездить в специальных пазах на станине.
Ну а конструкция задней бабки поменяется в корне. Изменится крепление на станине ( она будет ездить по тем же пазам, что и суппорт) и конструкция упора (пиноль).
На новом станке можно будет обрабатывать не только дерево, но и металл и другие материалы.
Вишенкой на торте будет являться ЧПУ. С его помощью станком будет управлять компьютер, а человек будет чисто давать определенные команды. Для самодельного токарного станка это самая сложная задача.
P.S станок еще не закончен.