Конструктивные особенности токарных станков по металлу

Устройство самого современного станка для токарных работ несмотря на многовековую историю развития и сегодня не сильно отличается от своих прародителей. Практически все приспособления по-прежнему основаны на принципе вращения обрабатываемой детали, зажатой в патрон с одной стороны, и заднюю бабку с другой. Такая компоновка применяется и для деревообрабатывающих станков, и для оборудования для обработки металла. При этом, токарный станок по металлу, несмотря на сложность конструкции, вполне реально собрать и в гаражных условиях, ведь, как показывает практика, ничего невозможного нет.

Из чего состоит токарный станок по металлу?

Теория станков и оборудования насчитывает несколько видов устройств для обработки металла которые могут именоваться токарным станком. Самым простым является токарно-винторезный вид устройства, в основе которого лежит принцип вращения обрабатываемой детали вокруг своей оси в горизонтальной плоскости. Обработка детали проводится резцом или другим приспособлением, рабочая часть которого способна передвигаться как вдоль детали, так и перпендикулярно оси вращения. Само устройство токарного станка по металлу имеет ряд элементов, имеющих специальное название, эти названия идентичны для всех конструкций оборудования.

Основные узлы

В состав конструкции входит два вида узлов те, без которых невозможна работа называются основными, те, которые можно опустить при создании или которые могут быть выполнены в виде дополнительного оборудования обычно именуются неосновными.

Станина

Станина самая массивная часть станка. Она выступает в роли несущей рамы, на нее крепится все оборудование. Это, должно быть массивное и прочное сооружение, по весу станина может достигать 70% массы станка. Вместе с тем, все элементы корпуса станины должны быть максимально точно подогнаны друг к другу и иметь жесткую фиксацию. Большая масса способствует уменьшению вибрации при работе, а точность дает возможность повысить качество обработки детали.

Суппорт токарного станка

Один из самых важных и сложных узлов. В промышленных моделях суппорт имеет несколько регулировок, позволяет перемещать резцедержатель как вдоль оси вращения детали, так и перпендикулярно ей. Подача резца может иметь и вертикальное направление. Для токарного станка, изготавливаемого своими руками этот узел обычно конструируют упрощенным – резец передвигается на салазках только горизонтально, поперек оси вращения детали. Поднятие и опускание осуществляется с последующей фиксацией при выключенном двигателе. А перемещение вдоль оси обычно осуществляется по резьбовой шпильке, установленной вдоль станины.

Вместе с тем, у многих умельцев упрощенная конструкция встречается только в первой собранной модели, в дальнейшем суппорт постоянно модернизируется и усовершенствуется. Но главной задачей этого узла остается все-таки надежная фиксация режущего инструмента и плавная его подача в ходе работы.

Передняя и задние бабки

Для того чтобы придать вращательное движение детали используется передняя бабка. Это сложная конструкция имеющая в своем составе узел фиксации детали, вал, на который крепится этот узел и коробку передач, для изменения скорости вращения. В промышленных станках коробка передач обслуживает не только вращающийся патрон с зажатой деталью, в ней имеется привод и для подачи суппорта. В мини станках, изготавливаемых своими руками передняя бабка, представляет собой вал с патроном для фиксации детали, с одной стороны, а с другой на него насажен шкив для ременной передачи. Вся эта конструкция помажена на пару подшипников и надежно зафиксирована на станине.

Задняя бабка представляет собой подвижный узел, в который крепится неподвижный конусный центр для поддержания детали на весу. Важным моментом выступает то, что центр задней и передней бабки находятся на одном уровне как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости. Эти соосно расположенные детали позволяют с одной стороны обеспечить вращение детали вокруг одной оси, с другой обеспечить выполнение и других технологических операций токарных работ, например, сверление отверстий или нарезание внутренней резьбы.

Коробка подач

В самодельных станках по металлу коробка передач часто конструируется как отдельный узел. Основная задача коробки передач обеспечить вращение шпинделя станка с заданной скоростью в нужном направлении. Коробка передач как уже упоминалось раньше может иметь привод еще и на суппорт, эта опция особенно важна при нарезке резьбы и получении максимально качественной обработанной поверхности. Конструктивно коробка может быть выполнена:

• В виде нескольких шестеренок на валах;
• В виде шкивов разного диаметра, на которые движение передается при помощи ременной передачи.

Для мини станков самым простым решением является использование двухскоростной электродрели в качестве привода – здесь в одном корпусе сразу совмещены и двигатель, и коробка передач.

Шпиндель

Шпиндель предназначен для надежной фиксации обрабатываемой заготовки. В таком токарном станке эту роль может выполнять:

• Токарный патрон промышленного производства;
• Планшайба;
• Цанговый патрон;
• Патрон от электродрели;
• Другие виды зажимных устройств.

Другие конструктивные элементы

Перечень узлов и элементов, предназначенных для обеспечения работы самодельного токарного станка по металлу может иметь много пунктов, но наиболее важные в нем будут:

• Салазки;
• Пиноль;
• Резцедержатель;
• Фартук.

Салазки

Салазки предназначены для плавного перемещения резцедержателя. Для самодельных мини станков обычно используются только поперечные салазки, по которым при вращении маховика происходит плавное движение резцедержателя перпендикулярно оси вращения шпинделя. Продольное движение осуществляется при помощи суппорта. Такое решение не дает возможности выполнять большое количество операций, поэтому при конструировании станка стоит предусмотреть еще и поперечные для более точной работы. Ну а для станков, претендующих на высокий результат, не помешают устройства для перемещения резца под углом в 45 градусов к оси вращения.

Пиноль

Используется для закрепления заготовки в задней бабке. Эта деталь должна иметь высокую прочность и надежность, поскольку испытывает постоянное трение о металл заготовки.

Резцедержатель

Назначение резцедержателя – фиксация режущего инструмента на салазках суппорта. В процессе работы в этот узел могут фиксироваться и другие типы инструмента, например, накатки и шарошки. Резцедержатель должен обеспечивать, с одной стороны, надежное крепление резца, а с другой, оперативное изменение положение инструмента относительно обрабатываемой поверхности.

Фартук

Назначение этого элемента конструкции – сбор металлической стружки. Он располагается под станиной и при обработке металла стружка падает на фартук, а не на пол.

Электрическое оснащение станка

К электрооборудованию токарно-винторезного станка относится основное оборудование – электродвигатель с пусковыми конденсаторами и блоком защиты. И вспомогательное электрооборудование – лампа освещения и другие элементы, например, вытяжной вентилятор.

Особе внимание в электрооборудовании следует уделить приборам защиты от поражения электрическим током. Здесь прежде всего необходимо установить реле защиты, сделать вывод защитного заземления и обеспечить пульт управления специальной большой кнопкой выключения электропитания. Наличие этих защитных устройств в составе электрооборудования важное требование правил техники безопасности при работе с таким травмоопасным оборудованием.

Изготовление токарного станка по металлу своими руками

Процесс изготовления токарного станка по металлу своими руками, как и процесс промышленного производства имеет несколько этапов. Каждый этап по-своему важен, как важна и последовательность этапов при создании конструкции.

Начальный этап – проектирование. Он начинается с разработки концепции компоновки устройства, его технических параметров и создания технической документации.

Этап практического изготовления включает в себя разметку материала, резку, подгонку и создание первоначальной модели. Далее, идет процесс наладки и подгонки узлов и деталей. Так что говорить о конкретных сроках, за которые можно самостоятельно собрать рабочий токарный станок своими руками не стоит.

Проектирование и чертежи настольного токарного станка

Проектирование подобного рода изделий рекомендуется делать на основе тех задач, которые планируется выполнять на это оборудовании. Чаще всего за основу берутся простые, не требующие высокой квалификации и дорогостоящего оборудования виды работ:

• Гладкая черновая и чистовая обработка цилиндрических деталей;
• Точение ступенчатых фасонов заготовок;
• Обработка конусных поверхностей;
• Формирование уступов, канавок с прямыми и наклонными поверхностями;
• Расточка цилиндров и конусов;
• Нарезание различного вида резьбы;
• Обработка кромок отверстий;
• Формирование рифлёной поверхности;
• Отрезание заготовок.

Определяем необходимые размеры

Вторым важным моментом выступает то, каких размеров заготовки будут обрабатываться при помощи этого станка. Для того чтобы заниматься моделированием достаточно небольших размеров, этот вариант мини станка может иметь небольшие размеры, и целиком помещаться на обычном письменном столе.

Для оборудования, которое планируется применять для обработки заготовок диаметром 50 мм и длиной до 500 необходима будет станина минимальной длины в 750 мм. А для работы с заготовками большей длины потребуется еще и отдельное основание. Простой деревянный стол устройство массой 50-70 кг попросту не выдержит.

Создаем необходимую проектную документацию

Увы, без разработки чертежей при постройке станка своими руками не обойтись. В принципе профессионально вычерчивать все узлы и детали смысла нет, а вот сделать технический рисунок, в котором учесть расположение деталей, способ их соединения и крепления все-таки стоит. При разработке отдельно нужно просчитать размеры станины и всех деталей, которые будут собираться из металлопроката. На рисунках нужно отметить точки соединений, места сверления отверстий и способ фиксации отдельных подвижных узлов. В качестве отдельного документа нужно оформить кинетическую схему станка и схему подключения электрооборудования. Кинетическая схема подразумевает то, как будут расположены шестерни или шкивы коробки передач, и как будет осуществляться изменение скорости вращения шпинделя. А электрическая схема даст возможность правильно подключить электрооборудование.

Совет: отличным подспорьем в качестве наглядного пособия по разработке чертежей могут служить старые советские технические журналы для технического творчества.

Именно в них часто публиковались чертежи оборудования для оснащения домашней мастерской.

Выбор электродвигателя для станка

Среди узлов самодельного станка электродвигатель один из немногих элементов который все-таки придется приобретать в уже собранном виде. Для оснащения маломощных мини-станков для моделирования и несложных работ подойдут небольшие электродвигатели мощностью до 500 вт. Более мощные и высокооборотистые типы двигателей можно устанавливать на станки для серьезных гаражных работ. А вот что касается типа мотора, то здесь лучше отдать предпочтение асинхронным видам. Они надежны, неприхотливы к перепадам напряжения и изменению нагрузки при работе.

 Двигатель от стиральной машинки

Использование двигателя от стиральной машины в самодельном металлообрабатывающем станке дает несколько преимуществ – эти моторы доступны, имеют большой ресурс, отдельные модели можно использовать с установленными на них шкивами. Двигатели от современных стиральных машин, кроме всего прочего, можно использовать с автоматическим регулятором оборотов, это упростит конструкцию, поскольку не потребуется мудрить над коробкой передач.

Токарный станок на основе дрели

Для небольших работ в формате настольного токарного станка может подойти и бытовая электродрель. Преимущество этой простой конструкции в том, что узел передней бабки имеет уже готовый вид с регулятором оборотов, переключателем скоростей (для двухскоростных моделей) и патроном для зажима заготовки. Минус этого варианта заключается в том, что фиксировать можно детали максимального диаметра 10 или 13 мм, это максимальный размер детали, которые можно зажать в сверлильном патроне.
2.3. Порядок сборки

Сборка узлов и механизмов станка производится в определенном порядке, позволяющем постепенно собрать нужную конструкцию и при этом в процессе работы избежать крупных ошибок. Рекомендуется начинать работы со сборки основания рабочего стола, станины и суппорта, передней и задней бабки, резцедержателя и установки дополнительного оборудования.

Рама стола

Настольный вариант токарного станка по металлу рекомендуется собирать на специально изготовленном для этого столе. Рамная конструкция из уголка 40х40 или 45х45 отлично выдержит массу станка в 50 и даже 70 кг. В качестве крышки лучше использовать массивную доску из твердых пород дерева толщиной 50 и более мм. Раму стола лучше сразу фиксировать сварным швом.

Станина и суппорт

Станину для небольших станков можно сделать из профильной или обычной толстостенной водопроводной трубы. Для массивных проектов, с мощным двигателем и патроном диаметром 100мм станину лучше собрать из тавра или швеллера.

Суппорт лучше сделать из массивного швеллера. Втулки для движения по направляющим изготавливаются из бронзы, а вот для перемещения суппорта привариваются усиленные гайки. При опоре суппорта на станину делается широкая шлифованная подошва. Поверхность скольжения смазывается литолом или солидолом.

Изготавливаем переднюю и заднюю бабки

Сборка этих узлов требует особой точности и аккуратности. Перед сборкой передней бабки проверяется параллельность оси вала и горизонтальной плоскости станины. Вал не должен иметь ни горизонтального ни вертикального биения. Подшипники жестко насаживаются на вал и также фиксируются на корпусе. Вращение вала должно иметь легкое и свободное. Корпус передней бабки лучше собрать из швеллера, при этом предусмотреть возможность доступа к подшипникам для смазки.

Задняя бабка проверяется на точность по центру пиноли и зажимного патрона. Корпус можно выполнить из профильной трубы. Фиксация пиноли осуществляется при помощи зажимных болтов.

Резцедержатель своими руками

Для резцедержателя нужно использовать металлические пластины толщиной не менее 10 мм. Классическая форма резцедержателя квадратная, сам резец фиксируется прижимными болтами. А собранный держатель прикрепляется к салазкам большим болтом, с приваренной к головке рукояткой.

Направляющие для станка

Направляющие могут быть выполнены из трубы диаметром 15 мм, квадрата 10х10 мм или круглого прута. В качестве вала подачи суппорта и салазок можно использовать шпильки диаметром 18 мм и более.

Что нужно учесть во время сборки?

Для всех видов самодельных станков использование сварных соединений используется как самое надежное. Однако при работе электросваркой металл может деформироваться, из-за чего точность может быть нарушена. Для того чтобы сварка была прочной и правильной рекомендуется сначала сделать несколько пробных швов и только после проверки приступать к окончательному соединению деталей.

Особенности работы на самодельных станках

Для успешной работы на любом оборудовании прежде всего необходим опыт. Поэтому прежде чем приступать к обработке ответственных деталей рекомендуется сначала опробовать оборудование и приспособления станка для простых изделий. Ведь обработка сложной детали, как правило, состоит из ряда простых операций выполнение которых позволяет получить из простой заготовки деталь сложной формы.

Техника безопасности

Приступая к работе нужно:

• Убедится в правильности установки заготовки и надежности фиксации резца;
• Проверить, что убраны все инструменты и посторонние вещи;
• Одеть защитные очки и опустить защитное стекло.

Во время работы:

• Нельзя прикасаться к вращающимся деталям;
• Снимать очки и убирать защитное стекло;
• Останавливать шпиндель рукой.

После окончания работ нужно обязательно обесточить станок и дополнительное оборудование.

Правильный уход за станком

Уход за оборудованием не требует сложных приспособлений и операций. Достаточно взять за правило работать заточенным инструментом, убирать после работы стружку и пыль, проводить хотя бы раз в месяц смазку трущихся поверхностей и если это необходимо менять масло в коробке передач станка.