Токарные упорные и вращающиеся центры: зачем нужны, виды, как выбрать

Конструкция вращающихся центров

На рисунке выше изображена конструкция центра предназначенного для фиксации в конический паз пиноли задней бабки токарного станка. Рабочая часть или центр (1) вращается благодаря шариковым подшипникам (2) и (4), в других вариантах конструкции применяются игольчатые подшипники. Возникающее в процессе работы осевое давление компенсирует упорный шариковый подшипник (5). Крепление в пиноли обеспечивает конический хвостовик (3). Для точного определения осевых усилий некоторые конструкции имеют встроенный прибор.

Более надежную фиксацию заготовок, особенно при работе с тяжелыми деталями на больших скоростях, обеспечивают встроенные в пиноль центры. Данное конструктивное исполнение, приведенное на рисунке ниже, даёт более высокую жесткость фиксации, оптимально при подготовке стружек большого сечения.

В передней части пиноли (1) имеется специально расточенное отверстие. В нем установлены подшипники для втулки (4) – упорный (3) расположенный в передней части для восприятия осевой нагрузки и радиальный (2). Во втулке выточено коническое отверстие под центр (5). Данную конструкцию можно использовать для крепления сверла или любого другого осевого инструмента, для чего втулка соединяется стопором с пинолью.

Вращающийся центр для токарного станка своими руками

Многие домашние мастера задумываются о том, как самостоятельно изготовить токарный станок по металлу.

Такое желание объясняется тем, что при помощи подобного устройства, стоить которое будет совсем недорого, можно эффективно выполнять большой перечень токарных операций, придавая заготовкам из металла требуемые размеры и форму.

Казалось бы, намного легче приобрести простейший настольный станок и использовать его в своей мастерской, но учитывая немалую стоимость такого оборудования, есть смысл потратить время на то, чтобы сделать его своими руками.

Самодельный токарный станок — это вполне реально

Использование токарного станка

Токарный станок, который одним из первых появился в линейке оборудования для обработки деталей из разных материалов, в том числе из металла, позволяет изготавливать изделия различных форм и размеров.

С помощью такого агрегата можно выполнять обточку наружных и внутренних поверхностей заготовки, высверливать отверстия и растачивать их до требуемого размера, нарезать наружную или внутреннюю резьбу, выполнять накатку с целью придания поверхности изделия желаемого рельефа.

Серийный токарный станок по металлу — это габаритное устройство, управлять которым не так просто, а его стоимость очень сложно назвать доступной.

Использовать такой агрегат в качестве настольного оборудования нелегко, поэтому есть смысл сделать токарный станок для своей домашней мастерской самостоятельно.

Используя такой мини-станок, можно оперативно производить обточку заготовок, выполненных не только из металла, но также из пластика и древесины.

На таком оборудовании обрабатываются детали, имеющие круглое сечение: оси, рукоятки инструментов, колеса, конструктивные элементы мебели и изделия любого другого назначения.

В подобных устройствах заготовка располагается в горизонтальной плоскости, при этом ей придается вращение, а излишки материала снимает резец, надежно зафиксированный в суппорте станка.

Проточка тормозного диска на самодельном токарном станке

Несмотря на простоту своей конструкции, такой агрегат требует четкой согласованности движений всех рабочих органов, чтобы обработка выполнялась с предельной точностью и наилучшим качеством исполнения.

Пример самодельного токарного станка с чертежами

Рассмотрим подробнее один из рабочих вариантов собранного собственными силами токарного станка, довольно высокое качество которого по праву заслуживает самого пристального внимания. Автор данной самоделки даже не поскупился на чертежи, по которым данное устройство и было успешно изготовлено.

Конечно, далеко не всем требуется настолько основательный подход к делу, зачастую для домашних нужд строятся более простые конструкции, но в качестве донора для хороших идей данный станок подходит как нельзя лучше.

Токарный станок, сделанный своими руками

Внешний вид станка Основные узлы Суппорт, резцедержатель и патрон Вид сбоку Задняя бабка Вид снизу на заднюю бабку Направляющие валы Конструкция суппорта Привод от двигателя

Чертеж №1 Чертеж №2 Чертеж №3

Конструкционные узлы

Любой, в том числе и самодельный, токарный станок состоит из следующих конструктивных элементов: несущей рамы — станины, двух центров — ведущего и ведомого, двух бабок — передней и задней, шпинделя, суппорта, приводного агрегата — электрического двигателя.

Конструкция малогабаритного токарного станка про металлу

На станине размещают все элементы устройства, она является основным несущим элементом токарного станка.

Передняя бабка — это неподвижный элемент конструкции, на котором располагается вращающийся шпиндель агрегата.

В передней части рамы находится передаточный механизм станка, с помощью которого его вращающиеся элементы связаны с электродвигателем.

Именно благодаря такому передаточному механизму вращение получает обрабатываемая заготовка.

Задняя бабка, в отличие от передней, может перемещаться параллельно направлению обработки, с ее помощью фиксируют свободный конец обрабатываемой заготовки.

Простая схема узлов самодельного станка по дереву подскажет простой вариант изготовления станины, передней и задней бабок

Самодельный токарный станок по металлу можно оснастить любым электродвигателем даже не слишком высокой мощности, но такой двигатель может перегреться при обработке крупногабаритных заготовок, что приведет к его остановке и, возможно, выходу из строя.

Обычно на самодельный токарный станок устанавливают электродвигатели, мощность которых находится в пределах 800–1500 Вт. Даже если такой электродвигатель отличается небольшим количеством оборотов, проблему решают при помощи выбора соответствующего передаточного механизма.

Для передачи крутящего момента от таких электродвигателей обычно используют ременные передачи, очень редко применяются фрикционные или цепные механизмы.

Токарные мини-станки, которыми оснащаются домашние мастерские, могут даже не иметь в своей конструкции такого передаточного механизма: вращающийся патрон агрегата фиксируется непосредственно на валу электродвигателя.

Станок с прямым приводом

Кроме того, необходимо обеспечить надежную фиксацию детали, что особенно важно для моделей лобового типа: с одним ведущим центром.

Решается вопрос такой фиксации при помощи кулачкового патрона или планшайбы.

По сути, токарный станок своими руками можно сделать и с деревянной рамой, но, как правило, для этих целей применяют профили из металла.

Высокая жесткость рамы токарного станка обязательна для того, чтобы на точность расположения ведущего и ведомого центра не оказывали влияние механические нагрузки, а его задняя бабка и суппорт с инструментом беспрепятственно перемещались вдоль оси агрегата.

Использование швеллеров при изготовлении рамы и передней бабки станка

Собирая токарный станок по металлу, важно обеспечить надежную фиксацию всех его элементов, обязательно учитывая нагрузки, которым они будут подвергаться в ходе работы.

На то, какие габариты окажутся у вашего мини-станка, и из каких конструктивных элементов он будет состоять, станет оказывать влияние и назначение оборудования, а также размеры и форма заготовок, которые на нем планируется обрабатывать. От этих параметров, а также от величины планируемой нагрузки на агрегат будет зависеть и мощность электродвигателя, который вам необходимо будет использовать в качестве привода.

Вариант исполнения станины, передней бабки и привода

Для оснащения токарных станков по металлу не рекомендуется выбирать коллекторные электродвигатели, отличающиеся одной характерной особенностью.

Количество оборотов вала таких электродвигателей, а также центробежная сила, которую развивает обрабатываемая заготовка, резко возрастают при уменьшении нагрузки, что может привести к тому, что деталь просто вылетит из патрона и может серьезно травмировать оператора.

Такие электродвигатели допускается использовать в том случае, если на своем мини-станке вы планируете обрабатывать некрупные и нетяжелые детали.

Но даже в таком случае токарный станок необходимо оснастить редуктором, который будет препятствовать бесконтрольному увеличению центробежной силы.

Асинхронный трехфазный электродвигатель, подключаемый к сети 220 Вольт через конденсатор

Уже доказано практикой и конструкторскими расчетами, что для токарных агрегатов, на которых будут обрабатываться заготовки из металла длиной до 70 см и диаметром до 10 см, лучше всего использовать асинхронные электродвигатели мощностью от 800 Вт. Двигатели такого типа характеризуются стабильностью частоты вращения при наличии нагрузки, а при ее снижении в них не происходит ее бесконтрольного увеличения.

Если вы собираетесь самостоятельно сделать мини-станок для выполнения токарных работ по металлу, то обязательно следует учитывать тот факт, что на его патрон будут воздействовать не только поперечные, но и продольные нагрузки. Такие нагрузки, если не предусмотреть ременную передачу, могут стать причиной разрушения подшипников электродвигателя, которые на них не рассчитаны.

Сфера применения и особенности

Центры вращающиеся применяются в токарных станках для обточки деталей при скорости вращения более 75 м/мин. При этой скорости начинается процесс повышенного износа конуса центра и центрового отверстия обрабатываемой заготовки. Частичным путем решения проблемы является применение смазки и твердосплавных напаек, но оптимальным вариант – применение вращающегося центра.

Основные преимущества оснастки:

• Универсальность. При использовании центров со сменной насадкой можно обрабатывать детали с различными конусными осевыми отверстиями.
• Высокие характеристики воспринимаемой нагрузки, значительно превышающие показатели упорных фиксаторов.
• Длительная эксплуатация благодаря уменьшенному износу.
• Возможность работы при высоких показателях нагрузки.

Основным недостатком является наличие радиального биения. Данная проблема решается применение оснастки с допустимым показателем биения, либо финишной обработкой на малых скоростях с использованием неподвижного центра.

Устройство бабки токарного станка (шпиндельный узел)

Передняя бабка состоит из корпуса (чаще всего чугунного) и шпинделя. В станках с коробкой скоростей добавляются валы, шестерни и устройство переключения диапазонов для обеспечения различных моментов резания для обработки заготовок, система смазки шпиндельной бабки. Усилие вращения на деталь передается через шкив на первом валу. При установке шпинделя «картриджного» типа — вращательное движение патрона передается от двигателя через ремни на шкив, установленный на шпинделе. При установке электрошпинделя — ременная передача и внешний двигатель не применяются.

Корпус шпиндельной бабки может иметь различную форму, отливается, как правило, из чугуна. В современных станках в жестком корпусе передней бабки имеются точные отверстия для установки передних и задних подшипников шпинделя, это достигается расточкой корпуса на расточном станке с борштангой, с последующим контролем на измерительной машине. Предусмотрена возможность регулировки оси шпинделя в плоскости движения оси Х (для станков с горизонтальной станиной это будет горизонтальная плоскость, направление «к оператору или от оператора»). В вертикальной плоскости точность достигается пришабриванием

Передача вращательного движения от двигателя к шпинделю, чаще всего, осуществляется посредством клиновых или поликлиновых ремней и шестерней зубчатой передачи. В станках токарной группы с ЧПУ для обеспечения функций нарезания резьбы и поддержания постоянства скорости резания устанавливается дополнительный датчик — энкодер шпиндель. Энкодер воспринимает вращение шпинделя и преобразует его в электрический импульс, посылаемый в модуль ЧПУ. В свою очередь, контроллер управляет работой серводвигателя привода для плавного(не дискретного) регулирования частоты оборотов шпинделя.

Шпиндельный узел, как правило, имеет систему циркуляционной смазки и может иметь систему охлаждения. В шпинделя «картриджного» типа консистентная смазка закладывается на весь срок службы подшипников.

Кинематическая схема шпиндельной бабки обычно приведена в документации на конкретный станок.

Шпиндель передней бабки

Шпиндель — полый внутри вал, изготовленный из углеродистой стали, в отверстие которого пропускают длинномерные заготовки. Установлен шпиндель в корпус передней бабки посредством переднего и заднего подшипниковых узлов.

Торец шпинделя токарных станков, в зависимости от исполнения, соответствует ГОСТ 12595-2003 или ГОСТ 26651-85. На современных станках ЧПУ, в зависимости от запросов потребителя, геометрия торца шпинделя может быть изменена. На торец устанавливается зажимное устройство: токарный патрон, цанга, планшайба, упорный центр.

Посадочные поверхности торца шпинделя имеют обработку не ниже 6 квалитета, при изготовлении поверхность подвергается закалке и шлифовке. В противном случае радиальное и торцевое биение установленного патрона или другого зажимного устройства, установленного на шпиндель, будут превышать допустимые значения. Это скажется на точности обработки заготовки. После установки шпиндель проверяется на наличие вибраций, и, при необходимости, производится балансировка

В связи с этим, при замене зажимной оснастки посадочные поверхности шпинделя необходимо оберегать от различного рода повреждений, не допускать наличия стружки и грязи, а также проверять биение вновь установленных патрона или цанги.

Проверка точности

Геометрическую точность на токарных станках с ЧПУ проверяют по контрольным скалкам и оправкам. Проверка методом проточки не входит в проверки по ГОСТ(в токарный патрон зажимается заготовка диаметром не менее 80 мм длиной до трех диаметров и обтачивается цилиндрическая поверхность перемещением по оси Z без поджима задней бабкой), является неточной и не отражает реальное положение оси шпиндельной бабки. на результаты проточки влияет очень много факторов и погрешность измерения будет превышать величину допуска (режимы резания, высота режущей кромки и вылет оправки, состояние подшипников шпинделя и остальной кинематики . Допустимые отклонения указаны в приложении к свидетельству о приемке станка.

При неудовлетворительных результатах проверки точности выявляют и устраняют причину и проводят повторную проверку.

Виды вращающихся центров

В зависимости от формы фиксирующей части выпускается два типа вращающихся центров:

• с рабочим конусом для крепления заготовок с центровыми отверстиями;
• с грибообразной насадкой для заготовок с внутренним отверстием – труб, полых валов и т. д.

По конструкции оснастка подразделяется на:

• Центр с постоянным валиком (тип А)
• Центр со сменной насадкой (тип Б)

Конус центрового валика проточен под 60° (исполнение 1) или может иметь дополнительную выточку под конус 30° (исп. 2).

Условное обозначение оснастки: Центр А-1-4-НП ГОСТ 8742-75

Тип А, исполнение 1 с конусом Морзе 4 повышенной точности и нормальной серии.

Таблица основных параметров оснастки

Виды и назначения станочных центров

Согласно нормативной документации выделяется два основных вида центров:

1. Упорный (ГОСТ 13214-79) – у этого центра наконечник и хвостовик имеют практически равный диаметр. Наконечник изготавливается из твердого сплава или закаленной стали.
2. Вращающийся (ГОСТ 8742-75) – отличается тем, что наконечник имеет больший диаметр и усеченный рабочий конус. Существуют центры с двумя типами наконечников: с центрированным валиком и с насадкой под него. Данное устройство может применяться для фиксации деталей вращения с полыми торцевыми отверстиями.

Если существует необходимость в обработке деталей на высоких скоростях со значительной толщиной удаляемого слоя, используется вращающийся задний центр. Если же оси вращения заготовок и шпинделей отличаются, рекомендуется использовать при обработке специальную конусную установку.

Особенности эксплуатации

Приведём основные правила эксплуатации вращающихся центров, необходимые для точной обработки деталей:

• При выборе класса точности оснастки необходимо оставить запас на покрытие погрешностей биения вследствие прочих причин – износ подшипников, малая жесткость и т. д.
• Важную роль играет правильная установка детали. Ось конуса должна с высокой точностью совпадать с осью вращения заготовки.
• Для проверки точности установки можно подложить под вращающийся центр белый лист бумаги и оценить соосность. Более точный контроль производится с помощью индикаторов.
• При наличии биения конус шлифуется по месту с проверкой по шаблону. Обработка осуществляется электроинструментом, расположенным в резцедержателе.
• Биение вращающихся центров приводит к биению полученной детали относительно оси. При установке этой детали на другой станок, имеющий другой показатель биения, может иметь место отклонение от соосности. Для устранения отклонений производится обработка с применением неподвижного центра.

Классификация

В зависимости от материала рабочей части центры подразделяются на два исполнения:

• Исполнение 1 – закаленный конус.
• Исполнение 2 – конус из твердых сплавов.

Неподвижный центр может быть с полным конусом или со срезанным, половиной рабочей части. Последние используются при подрезании торцов, когда резцом необходимо дойти почти до оси вращения обрабатываемой детали.

В зависимости от формы фиксирующей части неподвижные центры подразделяются на оснастку:

• с рабочим конусом для фиксации деталей с центрами и без сквозных или глухих продольных отверстий;
• с грибообразной насадкой для фиксации деталей с внутренним отверстием – труб, полых валов и т. д.;
• Упорные центры выпускаются с отжимной гайкой или без неё. Наличие гайки необходимо в тех случаях, когда на центр действует высокая осевая нагрузка. Применение отжимной гайки позволяет извлечь центр из пиноли без приложения больших усилий.