Токарно-винторезный станок

Токарно-винторезный станок — это металлорежущий станок, предназначенный для обработки тел вращения (валов, втулок, дисков) путем снятия стружки, а также для нарезания резьбы (метрической, дюймовой, модульной, питчевой) с помощью резца. Относится к классу токарных станков, является наиболее универсальным и распространённым типом оборудования в металлообработке.

История

Прообраз современного токарно-винторезного станка появился в конце XVIII века. В 1794 году английский механик Генри Модсли создал станок с механизированным продольным суппортом, что позволило механизировать перемещение резца и повысить точность обработки. В 1800 году Модсли усовершенствовал конструкцию, добавив ходовой винт и сменные зубчатые колёса, что дало возможность нарезать резьбу с заданным шагом. Этот станок считается первым токарно-винторезным станком в современном понимании.

В России первые токарно-винторезные станки начали производить на Тульском оружейном заводе в начале XIX века. В 1830-х годах русские инженеры, такие как И. А. Тиме и А. С. Ершов, внесли вклад в развитие теории резания и конструкции станков. Массовое производство токарно-винторезных станков в СССР началось в 1930-е годы на заводе «Красный пролетарий» (Москва), где выпускались модели 1А62, 1К62 и их модификации. Станок 1К62 (выпускался с 1956 года) стал одним из самых массовых в мире — его производство превысило 1,5 миллиона единиц.

Устройство и основные узлы

Токарно-винторезный станок состоит из следующих основных частей:

• Станина — массивная чугунная отливка, являющаяся базой для всех узлов. Обеспечивает жёсткость и точность взаимного расположения деталей. Имеет направляющие (призматические и плоские) для перемещения суппорта и задней бабки.
• Передняя бабка (шпиндельная бабка) — корпус, в котором установлен шпиндель — вращающийся вал с патроном или планшайбой для закрепления заготовки. Внутри передней бабки расположены коробка скоростей (набор зубчатых передач, обеспечивающих изменение частоты вращения шпинделя) и механизм реверса.
• Коробка подач — механизм, передающий вращение от шпинделя к ходовому валу или ходовому винту. Позволяет изменять величину продольной и поперечной подачи резца, а также шаг нарезаемой резьбы.
• Суппорт — узел, несущий резец и обеспечивающий его перемещение в трёх направлениях: продольном (вдоль оси заготовки), поперечном (перпендикулярно оси) и под углом (для обработки конусов). Состоит из каретки (продольные салазки), поперечных салазок, верхних салазок (поворотных) и резцедержателя.
• Фартук — механизм, расположенный на каретке суппорта, преобразующий вращение ходового вала или ходового винта в поступательное движение суппорта. Содержит механизмы включения подачи, реверса, разъёмную гайку (для нарезания резьбы) и предохранительные устройства.
• Задняя бабка — подвижный узел, расположенный на противоположном от передней бабки конце станины. Служит для поддержания длинных заготовок центром (при работе в центрах) или для установки инструмента (свёрл, зенкеров, развёрток). Может смещаться в поперечном направлении для обработки конусов.
• Электрооборудование — электродвигатель главного движения, пускатели, реле, кнопки управления, системы защиты и освещения.

Кинематическая схема

Кинематическая схема токарно-винторезного станка включает две основные цепи:

1. Цепь главного движения — от электродвигателя через ременную передачу и коробку скоростей к шпинделю. Обеспечивает вращение заготовки с различными частотами (обычно от 10 до 2000 об/мин в зависимости от модели).
2. Цепь подач — от шпинделя через гитару сменных зубчатых колёс (для настройки шага резьбы) и коробку подач к ходовому валу (для точения) или ходовому винту (для нарезания резьбы). Ходовой винт через разъёмную гайку фартука сообщает суппорту строго определённое продольное перемещение за один оборот шпинделя.

Классификация

Токарно-винторезные станки классифицируются по нескольким признакам:

По массе и габаритам

• Лёгкие (настольные) — масса до 1 тонны, диаметр обработки до 250 мм. Используются в ремонтных мастерских, учебных заведениях, для мелкосерийного производства.
• Средние — масса 1–10 тонн, диаметр обработки 250–800 мм. Наиболее распространённый тип (например, 1К62, 16К20).
• Тяжёлые — масса более 10 тонн, диаметр обработки свыше 800 мм. Применяются в тяжёлом машиностроении (например, для обработки валов турбин, роторов генераторов).

По точности

• Нормальной точности (Н) — для обычных токарных работ.
• Повышенной точности (П) — с улучшенной балансировкой шпинделя, более точными направляющими.
• Высокой точности (В) — с гидростатическими опорами шпинделя, термостабилизацией.
• Особо высокой точности (А) — для прецизионной обработки (например, деталей станков, приборов).

По конструктивным особенностям

• С ручным управлением — классические станки с рычагами и маховиками.
• С числовым программным управлением (ЧПУ) — токарно-винторезные станки с ЧПУ (например, 16К20Ф3) позволяют автоматизировать процесс обработки, управляя перемещениями суппорта по программе.

Основные виды работ

На токарно-винторезном станке выполняются следующие операции:

• Обтачивание — обработка наружных цилиндрических, конических и фасонных поверхностей.
• Растачивание — обработка внутренних цилиндрических и конических поверхностей (отверстий).
• Подрезание торцов — обработка торцов заготовки.
• Нарезание резьбы — метрической, дюймовой, модульной, питчевой, трапецеидальной, упорной с помощью резца (наружной и внутренней).
• Сверление, зенкерование, развёртывание — обработка отверстий с использованием инструмента, закреплённого в задней бабке.
• Накатывание — создание рифлений на поверхности заготовки (например, на рукоятках).
• Отрезка — отделение части заготовки отрезным резцом.

Применение

Токарно-винторезные станки применяются во всех отраслях машиностроения и металлообработки:

• Единичное и мелкосерийное производство — изготовление деталей по индивидуальным чертежам, ремонтные работы, опытные образцы.
• Ремонтные службы — восстановление изношенных валов, втулок, изготовление запасных частей.
• Инструментальное производство — изготовление оправок, кондукторов, штампов, пресс-форм.
• Учебные заведения — обучение студентов и рабочих основам токарного дела.

Достоинства и недостатки

Достоинства

• Универсальность — возможность выполнения широкого спектра операций (точение, растачивание, нарезание резьбы, сверление).
• Простота конструкции и обслуживания — ремонтопригодность, доступность запасных частей.
• Низкая стоимость по сравнению с ЧПУ-станками — делает их доступными для малых предприятий и мастерских.
• Высокая надёжность — многие станки (например, 1К62) работают десятилетиями без капитального ремонта.

Недостатки

• Низкая производительность — ручное управление и смена инструмента требуют значительного времени.
• Зависимость от квалификации токаря — качество обработки напрямую зависит от навыков рабочего.
• Ограниченная точность — для прецизионных деталей требуются станки повышенной точности.
• Невозможность обработки сложных фасонных поверхностей — без применения копировальных устройств или ЧПУ.

Модели и производители

В России и странах бывшего СССР наиболее известны следующие модели токарно-винторезных станков:

• 1К62 — самый массовый станок (Московский завод «Красный пролетарий»). Диаметр обработки 400 мм, длина 710–2800 мм, мощность 10 кВт.
• 16К20 — станок повышенной точности (Кировский станкостроительный завод). Диаметр обработки 400 мм, длина 710–2000 мм, мощность 11 кВт.
• 1М63 — тяжёлый станок (Станкостроительный завод имени Свердлова). Диаметр обработки 630 мм, длина до 5000 мм.
• ТВ-4, ТВ-6 — настольные станки (Московский станкостроительный завод «Красный пролетарий»). Используются в учебных целях.
• ТС-2, ТС-3 — станки производства Рязанского станкостроительного завода.

Зарубежные производители: Schaublin (Швейцария), Colchester (Великобритания), Harrison (Великобритания), Mori Seiki (Япония), Haas (США).

Интересные факты

• Станок 1К62 был настолько удачен, что его конструкция копировалась в Китае (модель CA6140) и других странах.
• В СССР токарно-винторезные станки выпускались десятками заводов, включая заводы в Москве, Кирове, Рязани, Иваново, Новочеркасске.
• Токарно-винторезный станок является базовым для освоения профессии токаря — обучение начинается именно с него.
• В 2010-х годах в России начато производство современных токарно-винторезных станков с ЧПУ (например, модели «Станок-Сервис»), но доля классических станков в парке остаётся высокой.

Источники

• Ачеркан Н. С. «Металлорежущие станки». — М.: Машиностроение, 1965.
• Долматовский Г. А. «Токарное дело». — М.: Высшая школа, 1989.
• ГОСТ 18097-93 «Станки токарно-винторезные. Основные параметры и размеры».
• Каталог станков 1К62, 16К20 (технические паспорта заводов-изготовителей).
• «История станкостроения в России» — сборник статей, М.: Наука, 2003.