В даний час широко відомий токарний верстат. Історія його створення починається з 700-х років н. е. Перші моделі застосовувалися для обробки деревини, 3 століття тому був створений агрегат для роботи з металами.

Перші згадки

В 700-х роках н. е. був створений агрегат, частково нагадує сучасний токарний верстат. Історія його першого вдалого запуску починається з обробки деревини методом обертання заготовки. Ні однієї деталі установки не було зроблено з металу. Тому надійність таких пристроїв задоволена низька. У той час низький ККД мав токарний верстат. Історія виробництва відновлена за збереженими кресленнями, малюнками. Щоб розкрутити заготовку потрібно 2 міцних підмайстри. Точність одержуваних виробів невисока.


Інформацію про установки, що віддалено нагадують токарний верстат, історія датує 650 роком до н. е Однак загальним у цих машин був тільки принцип обробки — методом обертання. Інші вузли були примітивні. Заготівля приводилася в рух у прямому сенсі руками. Використовувався рабський труд. Створені моделі в 12 столітті вже мали подобу приводу і на них могли отримати повноцінне виріб. Проте власників інструменту ще не було. Тому про високої точності виробу було рано говорити.

Пристрій перших моделей

Старовинний токарний верстат затискав заготівлю між центрами. Обертання здійснювалося руками усього на кілька обертів. Нерухомим інструментом здійснювався рез. Аналогічний принцип обробки присутній в сучасних моделях. В якості приводу для обертання заготовки майстри використовували: тварин, лук зі стрілами прив'язаний мотузкою до виробу. Деякі умільці для цих цілей будували подобу водяний млини. Але значно підвищити продуктивність так і не виходило.


Перший токарний верстат мав дерев'яні частини, і з збільшенням кількості вузлів губилася надійність пристрою. Водяні пристосування швидко втрачали актуальність зважаючи на складність ремонту. Тільки до 14 століття з'явився найпростіший привід, значно спростив процес обробки.

Ранні приводні механізми

Минуло кілька століть до винаходу токарного верстата до реалізації на ньому найпростішого приводного механізму. Представити його можна у вигляді жердини закріпленій посередині на станині поверх заготовки. Один кінець очеп прив'язаний мотузкою, яка обгорнута навколо заготовки. Другий закріплений з педаллю для ніг. Цей механізм успішно працював, але не міг дати необхідну продуктивність. Принцип роботи був побудований на законах пружної деформації. При натисканні на педаль здійснювалося натяг мотузки, жердина вигиналася і відчувала значне напруження. Останнім передавалося заготівлі, приводячи її в рух. Провернувши виріб на 1 або 2 обороту, жердина звільнялася і знову вигиналася. Педаллю майстер регулював постійну роботу очеп, змушуючи безперервно обертатися заготовку. Руки при цьому були зайняті інструментом, здійснюючи обробку деревини. Цей простий механізм успадкували наступні версії верстатів, які вже мали кривошипно-шатунний механізм. Аналогічну конструкцію привода згодом мали механічні швейні машинки 20-го століття. На токарних верстатах за допомогою кривошипа домоглися рівномірного руху в одну сторону.
За рахунок рівномірного руху майстри стали отримувати вироби правильної циліндричної форми. Єдине чого не вистачало — жорсткості вузлів: центрів, державок інструменту, приводного механізму. З дерева виготовлялися власники різців, що призводило до їх віджиму при обробці. Але, незважаючи на перераховані недоліки, стало можливим випускати навіть кулясті деталі. Обробка металів ще була складним процесом. Навіть м'які сплави обертанням не піддавалися реальному точіння. Позитивним зрушенням у конструюванні верстатів було впровадження універсальності в обробці: вже на одній машині виконувалась обробка заготовок різного діаметру і довжини. Це досягалося регульованими тримачами і центрами. Однак великі деталі вимагали значних фізичних затрат майстра на реалізацію обертання. Багато умільці пристосували маховик з чавуну та інших важких матеріалів. Використання сили інерції і тяжіння полегшило працю обробника. Однак промислових масштабів досягти було ще важко.

Металеві деталі

Основним завданням винахідників верстатів було підвищити жорсткість вузлів. Початком технічного переозброєння стало застосування металевих центрів, затискають заготовку. Пізніше вже впровадили шестерневі передачі із сталевих деталей. Металеві запчастини дозволили створити гвинторізні верстати. Жорсткості вже вистачало для обробки м'яких металів. Поступово вдосконалювалися окремі вузли:

тримач заготовок, пізніше названий головним вузлом — шпиндель;

конусні упори оснащувалися регульованими механізмами для зміни положення по довжині;

робота на токарному верстаті стала легше з винаходом металевого утримувача інструменту, але потрібен постійний відвід стружки при підвищенні продуктивності;

чавунна станина підвищила жорсткість конструкції, що дозволило обробляти деталі значної довжини.

З впровадженням металевих вузлів розкрутити заготівлю стає складніше. Винахідники задумалися про створення повноцінного приводу, бажаючи виключити ручну працю людини. Система передач допомогла здійснити задумане. Паровий двигун вперше був пристосований для обертання заготовок. Йому передував водяний двигун.
Рівномірність переміщення ріжучого інструменту здійснювалася черв'ячною передачею за допомогою рукоятки. Завдяки цьому виходила більш чиста поверхня деталі. Змінні блоки дозволили реалізувати універсальну роботу на токарному верстаті. Механізовані конструкції удосконалювались століттями. Але донині принцип роботи вузлів базується на перших винаходи.

Вчені, винахідники

Зараз, купуючи токарний верстат, технічні характеристики аналізують в першу чергу. В них наводяться основні можливості в обробці, габарити, жорсткість, швидкість виробництва. Раніше з модернізацією вузлів поступово вводилися параметри, згідно з яким моделі порівнювали між собою. Класифікація машин допомагала оцінювати ступінь досконалості того чи іншого верстата. Після аналізу зібраних даних Андрій Нартов, вітчизняний винахідник часів Петра I-го, модернізував попередні моделі. Його дітищем став справжній механізований верстат, дозволяє проводити різні види обробок тіл обертання, нарізати різьбу.

Плюсом в конструкції Нартова була можливість змінювати швидкість обертання рухомого центру. Також їм були передбачені змінні блоки шестерень. Зовнішній вигляд верстата і пристрій нагадують сучасний найпростіший токарний верстат ТВ346. Аналогічні вузли мають і сучасні обробні центри. У 18-му столітті Андрій Нартов представив світу самохідний супорт. Ходовий гвинт передавав рівномірне переміщення інструмента. Генрі Модслі, англійський винахідник, представив свою версію важливого вузла до кінця століття. В його конструкції зміна швидкості переміщення осей здійснювалося завдяки різному кроку різьби ходового гвинта.

Основні вузли

Для обробки 3D-деталей різанням методом обертання ідеально підходять токарні верстати. Огляд сучасної машини містить параметри та характеристики основних вузлів:

Станина — основний навантажений елемент, рама верстата. Виготовляють з міцних і твердих сплавів, переважно застосовується перліт.

Супорт — острів для кріплення обертових інструментальних головок або статичного інструменту.

Шпиндель — виступає в ролі власника заготовок. Основний потужний вузол обертання.

Додаткові вузли: ШВП, осі ковзання, механізми мастила, подачі СОЖ, воздухоотборники з робочої зони, охолоджувачі.

Сучасний токарний верстат містить приводні системи, що складаються з складної електроніки управління і двигуна частіше синхронного. Додаткові опції дозволяють прибирати стружку з робочої зони, вимірювати інструмент, подавати СОЖ під тиском безпосередньо в область різу. Механіка верстата підбирається індивідуально під завдання виробництва, від цього залежить і вартість устаткування.
Супорт містить вузли для розміщення підшипників, які насаджені на ШВП (кулько-гвинтову пару). Також на ньому монтуються елементи для контакту з напрямними ковзання. Мастило в сучасних верстатах подається автоматично, контролюється її рівень в бачку. У перших токарних верстатах переміщення інструменту здійснював людина, він вибирав напрямок його руху. У сучасних моделях всі маніпуляції здійснює контролер. Знадобилося кілька століть для винаходу подібного вузла. Електроніка значно розширила можливості обробки.

Управління

Останнім часом поширені токарні верстати з ЧПУ по металу — число з програмним управлінням. Контролер керує процесом різання, відстежує положення осей, обчислює рух по закладеним параметрами. У пам'яті зберігається кілька етапів різу, аж до виходу готової деталі. Токарні верстати з ЧПУ по металу можуть мати візуалізацію процесу, що допомагає перевірити написану програму до початку руху інструменту. Весь рез можна побачити віртуально і вчасно виправити помилки коду. Сучасна електроніка контролює навантаження на осі. Останні версії програмного забезпечення дозволяють визначити несправний інструмент. Методика контролю поламаних пластин на державке заснована на порівнянні графіка навантажень осі при нормальному режимі роботи і при перевищенні аварійного порогу. Відстеження відбувається в програмі. Відомості для аналізу контролеру подає приводна система або датчик потужності з можливістю оцифровки значень.

Датчики положення

Перші верстати з електронікою мали кінцевики з мікровимикачами для контролю крайніх положень. Пізніше на винтопару стали встановлювати кодери. В даний час використовуються високоточні лінійки, здатні заміряти люфт в декілька мікрон. Оснащуються круговими датчиками і осі обертання. Шпиндельний вузол міг бути керованим. Це потрібно для реалізації фрезерних функцій, які виконувалися приводним інструментом. Останній часто вбудовувався в револьверну голівку. Вимірювання цілісності інструменту виконується за допомогою електронних щупів. Вони полегшують роботу з пошуку точок прив'язки для старту циклу різання. Зонди можуть заміряти геометрію отримуваних контурів деталі після обробки і автоматично вносити коректори, які закладаються в повторну чистову обробку.

Найпростіша сучасна модель

Токарний верстат ТВ-4 ставиться до навчальним моделям з найпростішим приводним механізмом. Все управління здійснюється вручну. Рукоятки:

регулюють положення інструменту відносно осі обертання;

задають напрямки нарізування різьби правою або лівою;

служать для зміни числа обертів головного приводу;

визначають крок різьби;

включають поздовжнє переміщення інструменту;

відповідають за кріплення вузлів: задньої бабки і її пінолі, головки з різцями.

Маховики переміщують вузли:

пиноль задньої бабки;

каретку подовжню.

В конструкції передбачена ланцюг освітлення робочої зони. Система безпеки у вигляді захисного екрана захищає працівників від попадання стружки. Конструкція верстата компактна, що дозволяє його використовувати в навчальних класах, приміщеннях сервісу. Токарно-гвинторізний станок ТВ4 відноситься до простих конструкцій, де передбачені всі необхідні вузли повноцінної конструкції з обробки металів. Шпиндель має привід через коробку передач. Інструмент закріплений на супорті з механічною подачею, приводиться в рух винтопарой.

Розміри

Шпинделем управляє асинхронний двигун. Максимальний розмір заготовки може бути в діаметрі:

не більше 125 мм, якщо проводити обробку над супортом;

не більше 200 мм, якщо обробка проводиться над станиною.

Довжина заготовки зажимаемой у центрах не більше 350 мм. В зборі верстат весит280 кг, максимальні оберти шпинделя 710 об/хв. Ця швидкість обертання є визначальною при чистовій обробці. Живлення здійснюється від мережі 220В частотою 50 Гц.

Особливості моделі

Коробка швидкостей верстата ТВ4 пов'язана з двигуном шпінделя клиноремінною передачею. На шпиндель ж обертання передається від коробки через ряд шестірнею. Напрямок обертання заготовки легко змінюється фазіровкой головного двигуна. Гітара служить для здійснення передачі обертання від шпинделя до супорту. Є можливість перемикати 3 швидкості подачі. Відповідно нарізається три різного типу метричні різьби. Плавність і рівномірність ходу забезпечує ходовий гвинт. Рукоятками задається напрямок обертання винтопары передньої бабки. Також рукоятками задаються швидкості подач. Супорт ходить тільки в поздовжньому напрямку. Вузли слід змащувати згідно регламентам верстата вручну. Шестерні ж забирають мастило з ванни, в якій вони працюють. На верстаті реалізована можливість роботи вручну. Для цього використовуються маховики. Відбувається зачеплення рейковою шестерні і зубчастою рейкою. Остання прикручена до станини. Така конструкція дозволяє при необхідності включати ручне керування верстатом. Аналогічний маховик застосовується для переміщення пінолі задньої бабки.