Виды и варианты конструкций токарных резцедержателей

Резцедержатель – один из важнейших блоков токарных станков, используемый для закрепления режущего инструмента. Существует множество модификаций конструкции такого узла, предназначенных для применения в различных условиях. Кроме того, выпускаются универсальные резцедержатели для токарных станков, которые возможно использовать и для другого металлорежущего оборудования. Качество металлообработки заготовки во многом зависит от точности исполнения державки для резца.

Устройство и назначение резцедержателя

Резцедержатель представляет собой зафиксированный с помощью болтового соединения отдельный узел, используемый для крепления металлообрабатывающего инструмента. Значительно упрощает работу с заготовками, позволяет максимально расточить отверстия. Резцедержателями комплектуются блоки станков, перемещающие резец.

В верху суппорта 1 на центрующем бурте расположена четырехгранная головка. С одной ее стороны установлен конусообразный фиксатор 5 с пружинкой 4, с обратной – фиксатор шариковый 17 с пробкой на резьбе 12 и пружинкой 15.

К верхней части головки 13 с помощью болтов прикреплен фланец 5. На среднем пальце 16 внутри головки размещается кулак 11, имеющий торцовые зубцы, а также храповая муфта 10, прижимающаяся к торцу кулака пружинкой 8. Муфта легко перемещается по прорезям втулки 9, впрессованной в рукоять 7.

Рукоять 7 служит для высвобождения, поворота, установки и крепления головки. Высвобождение осуществляется при развороте рукояти по резьбе против часовой стрелки. Совместно с рукоятью также перемещается и кулак 11, соединенный с ней через зубцы храповика 10. При освобождении головки при воздействии скоса кулака 11 на лапку фиксатора 3 приподнимается сам фиксатор, кулак 11 поворачивает головку, упираясь стенкой выреза в штифт 14. Шарик 17 при этом приподнимается. В заключительной стадии разворота шарик фиксатора попадает в следующее гнездо, предварительно закрепляя головку.

При развороте рукояти 7 в обратную сторону кулак 11 открепляет фиксатор 3, при этом он впадает в гнездо 2 и окончательно закрепляет головку. Стенка выреза упирается в штифт и останавливает кулак 11. Последующий поворот рукояти 7 приводит к отжатию храповика 10 вверх скошенными торцовыми зубцами. По окончании поворота рукояти происходит окончательное закрепление головки с режущим инструментом.

Условное деление державок для резцов

Державки токарные разделяются по нескольким параметрам.
По типу исполнения держатели бывают:

• со сменными блоками;
• с осью вращения.

По расположению оси последние модели разделяются на:

• горизонтальные (вдоль шпинделя);
• вертикальные (под углом 90° к шпинделю).

По способу изменения позиции:

• механические;
• электромеханические;
• гидравлические;
• с сервоприводом.

По количеству мест для установки резцов:

• двухпозиционные, позволяющие одновременно зафиксировать пару резцов;
• четырехпозиционные, допускающие одновременную установку четырех единиц режущих приспособлений на станке.

Крепление инструмента в резцедержателе может осуществляться несколькими способами:

• посредством клинового блока;
• VDI – крепление одним клиновым болтом с края диска держателя;
• ВМТ – фиксация в отверстии на удаленном диаметре диска.

Кроме того, по типу конструкции резцедержатели разделяются на:

• простые («солдатиком»);
• поворотные;
• быстросменные кассетные резцедержатели;
• универсальные переходники.

Простой резцедержатель

Резцедержатели на токарный станок обычной конструкции «солдатиком» оснащены специальной прокладкой сферической формы, позволяющей оперативно поставить требуемый резец. Угол резания и высотное расположение изменяются разворотом прокладки. Инструмент в резцедержателе закрепляется посредством одного болта.

Достоинством такой конструкции является возможность быстрой постановки резца. Недостаток – всю нагрузку воспринимает единственный болт, потому его необходимо плотно затягивать и постоянно проверять степень закрепления до включения станка.

При работе со станком с резцедержателем такого типа следует избегать чрезмерного зажатия болта, так как велика вероятность срыва резьбы. Для ремонта державки достаточно заменить болт, расточить отверстия под другой размер либо установить в образовавшийся зазор втулки с внутренней резьбой.

Для увеличения прочности болты изготавливаются из высокопрочной стали, цементируются на глубину 0,6–0,8 и закаливаются. В итоге болт соответствует марке твердости 50–60 HRС, устойчив к разрыву.

Резцедержатели конструкции «солдатиком» часто ставились на станки советского производства. Сейчас они перенесены в разряд устаревших и устанавливаются на модели легких станков. В таких резцедержателях крепится единственный инструмент, требующий периодической смены.

Поворотные

Наиболее распространены в токарных станках резцедержатели, позволяющие разместить сразу 4 резца. Станок заранее подготовлен к выполнению нескольких следующих одна за другой работ без необходимости замены резца. Максимальный эффект от установки поворотного резцедержателя в станок получается при необходимости обработки деталей сложных геометрических форм.
Резцедержатели подобной конструкции внешним видом походят на револьвер. Основная деталь – диск с проделанными насквозь отверстиями, находящимися друг от друга на одинаковом удалении. В отверстиях размещены втулки с разрезом, в которых фиксируются резцы станка. Благодаря применению втулок резцы устанавливаются без прокладок – замена режущего инструмента производится быстро. Резцедержатели обладают пружинными устройствами, позволяющими растачивать отверстия на большую глубину, нарезать внутреннюю резьбу и применять станок для иных работ, требующих высокой точности.

В выпускающихся сейчас станках также устанавливаются поворотные резцедержатели, несущие до 12 резцов. Они особенно эффективны на станках с ЧПУ, производительность которых значительно увеличивается. Быстрая фиксация инструмента и повышенная надежность обеспечивается электромеханическим приводом.

В некоторых токарных станках, к примеру, серии ТС, поворотные резцедержатели отличаются конструктивными особенностями. Зажимание инструмента осуществляется посредством закаленных планок либо рычажно-клиновым устройством.

Быстросменный резцедержатель

Если станок используется дома для небольших объемов различных работ, резцы требуется часто менять. Для минимальных трудовых и временных потерь рекомендуется установить быстросменный резцедержатель со сменяемыми кассетами.
Держатели закрепляются таким образом: в верхнюю часть суппорта вкручивается ось, служащая в качестве фиксатора резцедержателя. Сверху держатель прижимается гайкой. В комплекте к таким устройствам идет пластина, позволяющая при необходимости поднять резец повыше.

Крепление кассеты осуществляется посредством клиновой планки.

Универсальный переходник

Держатели резцов универсального типа (переходники) позволяют поставить на станок инструмент с большими размерами, чем предусмотренный конструкцией.
При использовании малогабаритных станков иногда возникает необходимость в работе с крупными резцами. Имеющийся на станке держатель не позволяет разместить инструмент с иными размерами, из-за чего крупные резцы приходится стачивать. Чтобы избежать расточки, на станок устанавливается специальный резцедержатель-переходник, позволяющий работать с инструментом различных размеров.

Использование резцедержателя

Резцедержатель является отдельным узлом станка, закрепленным болтами. Он существенно облегчает обработку деталей. Особенно важно применение резцедержателя при точной расточке отверстий. Конструкции резцедержателей отличаются высокой прочностью и надежностью, поскольку даже от небольшого люфта точность обработки может значительно снизиться.

Токарный резцедержатель предназначается для размещения резца по высоте и в горизонтальной плоскости. Установка резцедержателя по высоте имеет большое значение для процесса обработки. Если выполняется обточка, то резец устанавливается так, чтобы режущая кромка инструмента была выше, чем линия центров станка. Для расточки резец размещается ниже линии центров.

Простой резцедержатель

Самую простую конструкцию имеет резцедержатель, называемый «солдатиком». Это устройство имеет сферическую подкладку, которая позволяет быстро закрепить резец. Путем поворота сферической прокладки регулируется угол резки и положение по высоте. Закрепление резца выполняется при помощи одного болта.

С одной стороны, это устройство резцедержателя токарного станка дает возможность установить резец за минимальное время, а с другой — вся нагрузка приходится на один болт, поэтому он должен быть плотно затянут. Однако, пытаясь обеспечить достаточный прижим, этот болт часто затягивается с избыточным усилием, отчего резьба быстро приходит в негодность. В результате происходит обрыв болта или срезание внутренней резьбы. Ремонт такого резцедержателя заключается в замене болтов и расточке отверстия на больший размер. Также возможна установка втулки с резьбой в отверстие. Для повышения стойкости болтов их изготавливают из прочных сталей, таких как 12ХН3А, подвергают цементации на глубину 0,6-0,8 мм и закалке, что позволяет добиться твердости поверхности 50-60 HRС. Благодаря этому стойкость болтов возрастает в 10-15 раз относительно сырых, изготовленных из стали 45, однако, повышается и их цена. Для большей части деталей резцедержателя используется сталь 45, у которой твердость находится в интервале 220—260 НВ.

Резцедержатель этой конструкции широко использовался на советских станках. Сейчас такая конструкция резцедержателя токарного станка считается устаревшей и используется только для некоторых легких станков. В этом резцедержателе можно закрепить только один инструмент, что требует частой замены резца. В промышленной металлообработке это приводит к большим потерям времени.

Поворотные резцедержатели

Большое распространение получил кассетный резцедержатель для токарного станка, в котором можно одновременно закрепить четыре инструмента. Таким образом можно подготовить станок к четырем последовательным операциям без смены инструмента. Наибольший эффект от этого резцедержателя достигается при обработке деталей сложных форм.

Резцедержатель имеет строение, сходное с револьвером. Главным элементом является крупный диск, в котором просверлены сквозные отверстия на равном расстоянии друг от друга. В отверстия вставляются разрезные втулки, в которые и крепятся резцы. Использование втулок позволяет установить резцы по высоте без использования прокладок, поэтому такая операция выполняется весьма быстро. Также устройство для фиксации резцов имеет жесткие пружинные державки, что дает возможность вести растачивание глубоких отверстий, нарезание внутренней резьбы и другие точные работы.

В современных станках используются еще более эффективные резцедержатели, в которых одновременно можно закрепить до 12 инструментов. Особенно эффективны такие резцедержатели для токарных станков с ЧПУ, их применение позволяет значительно повысить производительность. Электромеханический привод резцедержателя обеспечивает быстрое и надежное крепление инструмента.

В токарных станках, например станки серии ТС16К20, конструкция поворотных резцедержателей имеет свои особенности. Зажим резца производится закаленными планками при помощи рычажно-клинового механизма, что значительно повышает усилие.

Гидравлические револьверные головки

Одним из перспективных направлений развития резцов и резцедержателей выступает разработка гидравлических устройств для закрепления резцов. Такие резцедержатели амортизируют вибрацию, возникающую при обработке заготовки. Благодаря этому снижается вероятность выхода из строя инструмента. При черновой обработке, когда резец испытывает значительную нагрузку, использование гидравлических резцедержателей снижает затраты на инструменты на величину до 40%.

Такими резцедержками оснащены например токарные станки серии ТС17.

Гидравлические резцедержатели имеют точность, сравнимую с этим показателем у электромеханических устройств, а в некоторых режимах и более высокую. Имеют большее количество позиций, меньшее время смены инструмента, направление поиска инструмента по кратчайшему направлению. Требуют наличия гидростанции на станке.

Рекомендации по использованию

Резцедержатель относится к основным блокам станка и закрепляется на нем посредством болтового соединения. Использование устройства особенно эффективно при необходимости расточки повышенной точности. Конструкция их должна отличаться надежностью и высокой прочностью. Не менее важно правильно установить резец, потому как точность металлообработки заметно снижается при появлении даже малого люфта.
Резцедержатель на токарный станок используется для крепления резца по вертикали и горизонтали. Неточность фиксации по высоте считается главной причиной недостатков и брака обработки. При обтачивании резец должен размещаться так, чтобы его рабочая часть находилась поверх центров станка. При растачивании резец следует устанавливать по низу плоскости центровки.

Резцедержатель на универсальный станок ставится на верхних салазках суппорта. Там же расположены устройства поворотные и поперечные, а непосредственно сам суппорт размещен на продольных салазках станины. Все эти узлы в совокупности позволяют передвинуть резец по всем направлениям, разворачивать его вдоль оси, что предоставляет возможность применения максимального числа металлообрабатывающих операций.

Держатель на обдирочный станок тяжелого типа размещен на вспомогательных салазках. Это объясняется слишком большими размерами поперечных салазок: ручное их передвижение крайне затруднительно.

Принципы токарной обработки материалов

Токарная обработка материалов заключается в обработке тел вращения режущим инструментом, движущимся вдоль оси вращения заготовки. При поступательном движении резца, с поверхности заготовки снимается слой материала. Исторически сложилось так, что обработка «круглых» деталей требовалась практически во всех отраслях народного хозяйства. Первые токарные станки были очень примитивные: заготовку вращали при помощи ножного привода, а режущий инструмент держали в руках с упором на подставку. На таких станках можно было обрабатывать только мягкие материалы, например, такие как дерево. Токарный станок Петра I.
В конце 19 века, с появлением машин, стали использовать паровые, а затем и электрические двигатели для вращения обрабатываемых деталей. Важным достижением того времени явилось то, что были разработаны и внедрены держатели режущего инструмента. Инструмент закреплялся в специальной обойме, а обойму оператор мог перемещать как параллельно, так и перпендикулярно заготовке, вращая определённые ручки. Такие приспособления стали называться «суппорт токарного станка».

Токарный станок начала 20 века.

Современные токарные станки позволяют в автоматическом режиме перемещать режущий инструмент в заданных направлениях. К достоинствам современных токарных станков относится так же возможность нарезания резьбы практически любого профиля и заданной точности. Поэтому современные станки называются «Токарно-винторезные станки».

Устройство и основные узлы токарного станка.

Большинство токарных станков имеют практически одинаковую конструкцию и различаются только габаритами и расположением органов управления. На рисунке показан типовой токарный станок и его основные узлы. Ось токарного станка
— виртуальная ось, проходящая через ось вращения заготовки параллельно станине.
Передняя тумба и задняя тумба
— литые чугунные тумбы, служащие подставками для узлов и механизмов станка. В настольных станках тумбы не используются.
Станина
— основная часть, остов токарного станка. Станину, обычно, изготавливают цельнометаллической путём отливки из чугуна. Станина крепится к тумбам станка. Большой вес станины снижает вибрации от электропривода станка и вибрации, возникающие в процессе обработки деталей. В нижней части станины, внутри или сзади токарного станка устанавливается двигатель электропривода.
Электрический шкаф
— шкаф, внутри которого расположены элементы электрической схемы станка, а на наружной панели включатели главного электродвигателя, компрессора для охлаждающих жидкостей, вольтметр и индикаторные лампочки.
Передняя бабка
— заключает в себя набор шестерён, рычагов, валов и механизмов для изменения скорости вращения заготовки и скорости подачи режущего инструмента.
Гитара
— составная часть передней бабки, в которой расположены сменные шестерни для настройки привода инструмента при нарезании резьбы (в современных станках смена шестерён не требуется).
Шпиндель
— основной вал вращения заготовки. На шпинделе могут устанавливаться крепёжные приспособления, такие как патрон, центр, цанга и тому подобные.
Патрон
— наиболее распространённое крепёжное приспособление для заготовок.
Суппорт
— приспособление для крепления обрабатывающего инструмента и перемещения инструмента в заданных направлениях.
Фартук
— передняя крышка суппорта.
Задняя бабка
— приспособление для крепления заготовки (при обработке в центрах), или для крепления инструментов, таких например как метчик, плашка при нарезании резьбы и прочих приспособлений.

Передняя бабка

На фронтальной поверхности передней бабки расположены рычаги переключения скорости вращения шпинделя и скорости подачи режущего инструмента. Шильдики
— пояснительные таблички. На токарных станках, на шильдиках указаны зависимость скорости перемещения или вращения узлов станка от выбранных положений рукояток установки.
Рукоятки установки скорости шпинделя
— в зависимости от положения этих рукояток изменяется скорость вращения шпинделя. Рукоятки можно перемещать только на остановленном станке.
Делительный рычаг
— Рычаг переключения скорости вращения шпинделя. Рычаг имеет три положения. В крайнем левом положении шпиндель станка вращается с нормальной скоростью установленной рукоятками установки скорости шпинделя. В вертикальном (нейтральном) положении шпиндель не вращается. В крайнем правом положении шпиндель вращается со скоростью в 10 раз ниже заданной. Переключать этот рычаг можно только на остановленном станке.
Рукоятки установки скорости подачи
— этими рукоятками устанавливается скорость перемещения режущего инструмента при обработке деталей, а так же перемещение режущего инструмента за один оборот шпинделя при нарезании резьбы. Рукоятки можно перемещать только на остановленном станке.
Шпиндель
— стальная толстостенная труба. Шпиндель служит для передачи вращения от электропривода, через систему шестерён, к обрабатываемой детали. Входная часть шпинделя на поверхности имеет резьбу для установки крепёжных патронов, а входное отверстие имеет форму конуса для установки центров или других крепёжных приспособлений. Следует заметить, что у разных моделей станков, число и положение рукояток настройки скорости вращения и перемещения могут отличаться от показанных на рисунке. Для конкретной модели токарного станка следует внимательно ознакомиться с обозначениями на шильдиках или прочитать инструкцию по эксплуатации станка.

Задняя бабка

Задняя бабка
— приспособление для крепления заготовки (при обработке в центрах), или для крепления инструментов, таких например как метчик, плашка при нарезании резьбы; свёрл или сверлильного патрона при сверлении отверстий.
Основание
— деталь задней бабки, её остов. Основание а, следовательно, и вся задняя бабка, может свободно перемещаться в горизонтальной плоскости по станине вдоль оси станка. На основании крепится корпус задней бабки.
Корпус задней бабки
— узел, содержащий в себе функциональные механизмы задней бабки.
Винт регулировки положения задней бабки
— предназначен для небольшого перемещения корпуса задней бабки в горизонтальной плоскости в поперечных направлениях. Используется в случаях, когда нужно совместить центр заготовки с центром задней бабки (сделать соосными) или при обработке конических деталей.
Пиноль
— подвижной стальной цилиндр. Входное отверстие пиноли имеет коническую форму и предназначено для крепления оправок, приспособлений, центров и тому подобное, в зависимости от выполняемой работы.
Рукоятка фиксации пиноли.
При работе токарного станка могут возникать вибрации, которые приводят к самопроизвольному перемещению пиноли. Чтобы зафиксировать пиноль в заданной позиции и служит ручка фиксации.
Колесо перемещения пиноли
— при вращении этого колеса по часовой стрелке, пиноль выезжает из корпуса задней бабки, а при вращении колеса против часовой стрелки, пиноль заходит внутрь корпуса задней бабки.
Рукоятка фиксации задней бабки.
Для перемещения задней бабки вдоль станины рукоятку фиксации следует отпустить (сдвинуть рукоятку назад). Для фиксации задней бабки, после её перемещения, ручку фиксации следует потянуть на себя до упора. При этом задняя бабка будет зафиксирована в нужном положении и не сможет самопроизвольно перемещаться по станине вследствие нагрузок на пиноль или паразитных вибраций.

Суппорт

Суппорт токарного станка предназначен для закрепления и перемещения режущего инструмента. Поворотный резцедержатель
— приспособление для закрепления и смены режущего инструмента.
Ручка крепления резцедержателя
— предназначена для смены режущего инструмента. Для смены инструмента ручку поворачивают против часовой стрелки (от себя), при этом затяжная головка ослабляет фиксацию резцедержателя и происходит его поворот. Для фиксации резцедержателя следует повернуть ручку крепления резцедержателя по часовой стрелке (на себя) до упора.
Верхние салазки
— механизм перемещения резцедержателя в заданном направлении. Верхние салазки можно поворачивать (в параллельной плоскости) относительно оси станка на заданный угол. Об этом будет подробно рассказано в теме «Обработка конических поверхностей».
Рукоятка перемещения верхних салазок
— вращение этой рукоятки перемещает верхние салазки в горизонтальной плоскости.
Поперечные салазки
— предназначены для перемещения режущего инструмента в горизонтальной плоскости строго перпендикулярно оси станка.
Рукоятка перемещения поперечных салазок
— вращение этой рукоятки по часовой стрелке приводит к перемещению поперечных салазок вперёд (к оси станка), а против часовой стрелки назад (от оси станка).
Продольные салазки
— устройство перемещения режущего инструмента строго параллельно оси станка.
Колесо перемещения продольных салазок
— вращение этого колеса против часовой стрелки приводит к горизонтальному перемещению режущего инструмента справа налево, а по часовой стрелке — слева направо.
Включатель винтовой подачи
— используется только при нарезании резьбы резцом. Во всех остальных режимах обработки деталей этот включатель заблокирован.
Переключатель подач
— многопозиционный рычаг для включения автоматического перемещения режущего инструмента в заданном направлении. В положении 0 — (нейтраль) суппорт стоит на месте; в положениях 1 или 2 перемещаются поперечные салазки (вперёд или назад соответственно); в положении 3 или 4 перемещаются продольные салазки (влево или вправо соответственно). Переключатели подач могут иметь и другую конструкцию, например, иметь два рычага. Один включает продольную, а другой поперечную подачи.

Приводные валы и механизмы

Для автоматического перемещения элементов суппорта, а так же для оперативного включения и выключения вращения шпинделя в токарном станке предусмотрено несколько приводных валов и соответствующих механизмов. Механизмы включения — выключения различных приводов находятся в суппорте под фартуком.
Вал включения шпинделя

— имеет на себе две ручки включения шпинделя. Одна ручка расположена слева от оператора станка, а вторая справа. Обе ручки жёстко закреплены на валу. При перемещении любой из этих ручек вверх происходит включение станка, и шпиндель начинает вращаться против часовой стрелки (рабочее, прямое вращение). В среднем положении ручек — станок выключен. При перемещении ручек вниз шпиндель начинает вращаться по часовой стрелке (обратное вращение).
Зубчатая рейка
— составная часть механизма ручного перемещения суппорта в продольном направлении. При вращении колеса перемещения продольных салазок происходит зацепление зубчатого колеса связанного с осью вращения колеса и зубчатой рейкой, при этом происходит перемещение суппорта.
Вал подачи
— Этот вал предназначен для автоматического перемещения режущего инструмента. Вал по всей рабочей длине имеет продольный паз, служащий для зацепления с механизмом перемещения. При работающем станке этот вал постоянно вращается. Ручкой переключения подач включается механизм выбранного перемещения.
Вал резьбовой (Винт)
— предназначен для привода суппорта в продольном направлении при нарезании резьбы резцом. Вращение этого вала происходит только в режиме нарезания резьбы.

Лимбы

Лимб — это кольцо (или плоская шайба) с нанесёнными на его поверхности рисками, расположенными на равных расстояниях друг от друга. На определённом интервале, например через каждые 10 рисок, нанесены цифры, указывающие определённую величину градуировки лимба. Лимб может быть отградуирован в миллиметрах, градусах или других метрических величинах.
На рисунке показан лимб, расположенный на механизме перемещения поперечных салазок. Вращение лимба происходит совместно с вращением рукоятки перемещения инструмента. Каждая десятая риска на лимбе пронумерована 0, 1, 2 ..19. Всего лимб имеет 200 рисок. В данном случае при повороте рукоятки, например, на 10 делений (от 0 до 1) рабочий инструмент переместится на 1 миллиметр. Разные станки имеют разную градуировку лимбов, поэтому следует справляться в инструкции по эксплуатации конкретного станка. Если нет возможности узнать эту информацию, то можно определить величину перемещения самостоятельно. Для этого следует проточить деталь и измерить полученный размер, затем снова проточить деталь, повернув рукоятку на десять делений и снова измерить размер, полученный после проточки. Разница между предыдущим и последним измерением как раз и будет величина перемещения инструмента при повороте на 10 делений. Кольцо лимба можно поворачивать на оси механизма, удерживая рукоятку перемещения. Это бывает необходимо для установки точки отсчёта при обработке, обычно устанавливается значение 0.

Основные типы и характеристики токарных станков

Токарные станки имеют определённые характеристики, которые следует учитывать при изготовлении на них тех или иных деталей: Диаметр обработки над станиной D
— максимальный диаметр заготовки, которую можно установить и обработать на станке.

Подробно о типах современных станков можно посмотреть на сайте

Варианты конструкций державок своими руками

Несмотря на разнообразие конструкций, резцедержку можно изготовить своими руками из имеющихся в любом гараже или домашней мастерской материалов. К самодельным резцедержателям, применяющимся для «гаражных» работ, не предъявляются повышенные требования по точности крепления инструмента, к тому же можно сэкономить значительную сумму для других нужд.
Видео:

А какой резцедержатель установлен на вашем станке? Пытались ли вы самостоятельно его изготовить в домашних условиях? Поделитесь, пожалуйста, своим мнением и опытом в комментариях.