Токарный автомат - Automatic lathe

Эта статья о токарно-автоматических станках. Для токарных станков с ЧПУ и их технологических ответвлений см. токарный центр.
Токарный автомат Fay, 1921 год.[1]
Буллард Мульт-Ау-Матик, вертикальный, многошпиндельный токарный автомат, 1914 г.[2]

В металлообработке и деревообработке токарный автомат это токарный станок с автоматически контролируемый процесс резки. Токарные автоматы были впервые разработаны в 1870-х годах и имели механическое управление. С появлением NC и ЧПУ В 1950-х годах термин автоматический токарный станок обычно использовался только для токарных станков с механическим управлением, хотя некоторые производители (например, DMG Mori и Tsugami) продают токарные станки с ЧПУ швейцарского типа как «автоматические».[3]

ЧПУ еще не полностью вытеснило токарные станки с механической автоматикой, так как, хотя их производство больше не производится, многие станки с механической автоматикой продолжают работать.[4]

Общая номенклатура

Термин «токарный автомат» все еще часто используется в производстве в его более раннем смысле, относясь к автоматическим токарным станкам безЧПУ типы. Первые токарные автоматы были механически автоматизированы и управлялись кулачки или трассеры и пантографы. Таким образом, до появления электронных автоматизация через числовое управление, "автоматический" в термине "автоматический станок" всегда косвенно относился к механический автоматизация.

Первые токарные станки с механической автоматикой были геометрические токарные станки, включая токарные станки с двигателями Rose. В промышленных условиях во время Возраст машин, термин «токарный автомат» относится к механическим винторезным станкам и патронам.

С момента развития ЧПУ неявная дихотомия «ручное и автоматическое» все еще существует, но из-за того, что ЧПУ настолько широко распространены, термин «автоматический» потерял часть своей отличительной силы. Все станки с ЧПУ автоматические, но использование в обрабатывающей промышленности обычно не называет их этим термином. Термин «автомат», когда он вообще используется, все еще неявно относится к кулачковым машинам. Таким образом, двухкоординатный токарный станок с ЧПУ не считается «автоматическим токарным станком», даже если он полностью автоматизирован.

Кулачковые токарные автоматы малого и среднего размера обычно называют винтовые машины или же автоматические винтовые машины. Эти машины работают с деталями, размер которых (только в качестве приблизительной) составляет до 80 миллиметров (3,1 дюйма) в диаметр и 300 миллиметров (12 дюймов) в длину. Винтовые машины почти всегда делают бар работа, что означает длину Пруток проходит через шпиндель и охвачен чак (обычно цанговый патрон ). Во время обработки детали пруток по всей длине вращается со шпинделем. Когда деталь готова, она «отделяется» от стержня, зажимной патрон освобождается, стержень подается вперед, и патрон снова закрывается, готовясь к следующему циклу. Подача прутка может происходить различными способами, включая инструменты с тянущими пальцами, которые захватывают пруток, и тянущую или роликовую подачу, которая толкает пруток сзади.

Более крупные автоматические токарные станки с кулачковым приводом обычно называют автоматические токарные станки, токарные автоматы, автоматические патроны, автоматика, или же чакеры. Часть названия «патрон» происходит от того, что заготовки представляют собой отдельные заготовки, хранящиеся в корзине, называемой «магазином», и каждая из них по очереди бросил и обработаны. (Это аналогично тому, как каждый патрон в магазине полуавтоматический пистолет д.). Заготовки представляют собой либо отдельные поковки или отливки, либо предварительно изготовленные.распиленный кусочки заготовка. Однако некоторые члены этого семейства станков переворачивают штангу или работают на центры (например, Автоматический токарный станок Fay ). Что касается работы с прутком большого диаметра (например, 150 миллиметров (5,9 дюйма) или более), вопрос о том, называется ли она «работой винтового станка» или просто «автоматической работой», является чисто академическим.

Винтовая машина

Браун и Шарп Один шпиндель винтовой станок. Модель 2G Sq Base, четырехстворчатая машина. 11⁄2 колпачок или 13⁄4 Подача воздуха.

Винтовые станки, относящиеся к классу токарных автоматов для обработки деталей малого и среднего размера, используются при крупносерийном производстве самых разнообразных токарных деталей. Во время швейцарской обработки винтов заготовка поддерживается направляющей втулкой рядом с режущим инструментом.[5]

Номенклатура винтовых машин

Говоря со ссылкой на обычное определение термина винтовая машина, все винтовые машины полностью автоматизированы механически (с помощью кулачков) или ЧПУ Это означает, что после настройки и запуска они продолжают работать и производить детали с минимальным вмешательством человека. Сначала появилась механическая автоматизация, начиная с 1870-х годов; компьютеризированное управление (сначала через ЧПУ, а затем через ЧПУ) появилось позже, начиная с 1950-х годов.

Винтовой механизм подачи проволоки Brown & Sharpe №1. B & S сохранялось в призыве с ручным управлением револьверные станки «шнековые машины» долго после того, как большинство машинистов были резервируя этот термин конкретно сослаться на распредвал оп автоматикой.

Название винтовая машина это что-то вроде метоним, поскольку винтовые машины могут производить детали, отличные от винты или это не резьбовой. Однако типичным использованием винтовых машин было изготовление винтов.

Определение термина винтовая машина изменилось с изменением технологий. Любое использование этого термина до 1840-х годов, если оно имело место, относилось бы к любому станку, используемому для производства винтов. То есть не было бы установленной дифференциации от термина токарно-винторезный станок. Когда револьверные станки были разработаны в 1840-х годах, термин винтовая машина был применен к ним в пересечении с термином револьверный токарный станок. В 1860 году, когда некоторые движения, такие как индексирование башни, были механически автоматизированы, термин автоматический винтовой станок был применен, и термин ручная винтовая машина или же ручной винтовой станок был задним числом применяется к более ранним машинам. За 15 лет весь цикл нарезки детали был механически автоматизирован, а станки типа 1860 года были ретронимно названы полуавтоматический. С этого времени машины с полностью автоматизированными циклами стали называть автоматические винтовые машины, и, в конечном итоге, в использовании большинства людей в обрабатывающей промышленности термин винтовая машина больше не использовалось для обозначения ручных или полуавтоматических токарных станков с револьверной головкой, став зарезервированным для одного класса станков, полностью механически автоматизированного типа. Это узкое значение винтовая машина оставался стабильным примерно с 1890-х до 1950-х годов. (Браун и Шарп продолжали называть некоторые из своих моделей токарно-револьверных станков с ручным управлением «винтовыми станками», но большинство машинистов зарезервировали термин для автоматики.) Внутри этого класса называется винтовые машины были вариации, типа одно-шпиндель против многошпиндельной, горизонтальной револьверной или вертикальной револьверной головки и т. д.

С появлением ЧПУ винтовые станки разделились на два класса: механические и с ЧПУ. Это различие продолжается и сегодня в механических винтовых машинах и Винтовые станки с ЧПУ. Однако на профессиональном жаргоне термин винтовая машина сам по себе все еще часто понимается в контексте как механический винтовой механизм, поэтому ретроним механический винтовой станок не используется постоянно.

Автоматический патрон

Автоматический патронный станок похож на автоматический винтовой станок; оба используют шпиндели в производстве. Использование шпинделей, которые могут сверлить, растачивать и резать заготовку, позволяет выполнять несколько функций одновременно на обоих станках. Ключевое различие между станками заключается в том, что автоматический патрон выполняет более крупную работу, которая из-за своего размера чаще связана с патронами и реже с прутками.[6] В Автоматический токарный станок Fay был вариант, который специализировался на включении работы центры. В то время как винтовой станок ограничен практикой примерно 80 миллиметров (3,1 дюйма), доступны автоматические патроны, которые могут обрабатывать патроны диаметром до 300 миллиметров (12 дюймов). Патроны пневматический. Многие из этих станков - многошпиндельные (более одного главного шпинделя).

Известные марки таких машин включают National-Acme, Hardinge, New Britain, New Britain-Gridley, Acme-Gridley, Davenport, Буллард Мульт-Ау-Матик (вертикальный многошпиндельный вариант), и Томас Райдер и сын.

Автоматические патроны - это класс станков, специализирующихся на узких отраслевых нишах, таких как OEM поставщики частей автоматизированная индустрия. В своих экономических нишах они ограничены крупносерийным производством крупных деталей, что, как правило, происходит только в относительно небольшом количестве компаний (по сравнению с более мелкими работами, которые могут выполняться малыми предприятиями). Рынок таких станков обычно не включает местные рабочие магазины или же инструменты и штампы.

Кулачковые патроны уходят в прошлое быстрее, чем большинство других классов станков без ЧПУ. Это связано с тем, что немногие компании, у которых они есть, как правило, вынуждены постоянно адаптироваться к последнему слову техники (сегодня все с ЧПУ), чтобы конкурировать и выжить. Кулачковые патроны могут быть утилизированы с большей вероятностью, чем другие типы станков без ЧПУ. В отличие от "Дедушкина" Саут-Бенд токарный станок "или" Папина старый Бриджпорт коленная мельница », практически никто не может позволить себе хранить и использовать их только по сентиментальным причинам. Как и в большинстве других коммерческих наборный машины (например, Линотипные машины ).

Выбор машин и типа управления

Механические винтовые машины в некоторой степени были заменены на Токарные станки с ЧПУ (токарные центры) и винтовые станки с ЧПУ. Тем не менее, они по-прежнему широко используются, и для крупносерийного производства токарных компонентов часто бывает так, что нет ничего более экономичного, чем механический винтовой станок.

В иерархии производственных машин винтовые машины находятся на вершине, когда требуются большие объемы продукции. Внизу находится токарный станок для двигателей, на его настройку уходит меньше всего времени, но зато требуется больше квалифицированного труда и времени для фактического изготовления детали. Токарно-револьверный станок традиционно был на одну ступень выше токарного станка для двигателей, требуя большего времени на переналадку, но мог производить больший объем продукции и обычно требуя менее квалифицированного оператора после завершения процесса настройки. Винтовые машины могут потребовать обширной настройки, но после их запуска один оператор может контролировать работу нескольких машин.

Появление токарного станка с ЧПУ (или, точнее, токарного центра с ЧПУ) в некоторой степени размыло эти четкие уровни производства. Токарный центр с ЧПУ лучше всего подходит для среднего производства, заменяя револьверный токарный станок. Однако часто можно изготавливать отдельный компонент на токарном центре с ЧПУ быстрее, чем на токарном станке для двигателей. В какой-то степени токарный центр с ЧПУ шагнул в область, традиционно занимаемую (механическими) винторезными станками. Винтовые станки с ЧПУ делают это в еще большей степени, но они дороги. В некоторых случаях они жизненно важны, а в других механическая машина может соответствовать или превосходить общие характеристики и прибыльность. Для токарных автоматов с кулачковым механизмом нет ничего необычного в том, чтобы превзойти ЧПУ по времени цикла.[4] ЧПУ предлагает много преимуществ, не в последнюю очередь интеграция с CAD / CAM, но само ЧПУ обычно не дает какого-либо неотъемлемого преимущества в скорости в контексте цикла автоматического токарного станка с точки зрения скорости и подачи или скорость смены инструмента. При ответе на вопрос о том, что лучше всего подходит для той или иной части в конкретной компании, участвует множество переменных. (Накладные расходы является частью расчета - не в последнюю очередь потому, что за большинство станков с кулачком уже давно платят, а за станки с ЧПУ последней модели платят огромные ежемесячные платежи). Компании, использующие кам-операционные машины, по-прежнему конкурирующий даже в сегодняшней среде с ЧПУ; им просто нужно быть бдительными и умными, чтобы так и было.[4]

В сегменте многошпиндельных станкостроители также создавайте гибридные станки, которые частично являются ЧПУ и частично управляют старой школой (некоторые станции являются ЧПУ, а другие - кулачковыми или приводятся в действие простыми гидравлическими циклами). Это позволяет цехам с определенным сочетанием работ получить конкурентное преимущество за счет более низкой стоимости по сравнению со станками с ЧПУ.[7] Разнообразие машин, которые позволяют производить рентабельное производство в определенных нишах, отражает разнообразие существующей работы: некоторые крупномасштабные работы остаются прерогативой лагеря; полное ЧПУ со всеми прибамбасами побеждает в гибкой работе небольшого объема; а гибридные машины могут давать самую низкую цену за единицу на промежуточные смеси.

Дизайн

Крупным планом вид Браун и Шарп Один шпиндель винтовой станок. Обратите внимание на турель с шестью станциями, передние и задние направляющие и две вертикальные направляющие. Также обратите внимание на черный вал прямо над револьверной головкой для использования ограничителя поворота.

Автоматический токарный станок может иметь один или несколько шпинделей. Каждый шпиндель содержит пруток или заготовку материала, обрабатываемого одновременно. Обычная конфигурация - шесть шпинделей. Клетка, в которой находятся эти шесть полосок материала индексы после завершения каждой операции обработки. Индексация напоминает пулемет Гатлинга.

Каждая станция может иметь несколько инструментов, которые последовательно режут материал. Инструменты обычно располагаются по нескольким осям, например, револьверная головка (поворотная индексация), горизонтальный суппорт (линейная индексация) и вертикальный суппорт (линейная индексация). Линейные группы называются «бандами». Работа всех этих инструментов аналогична работе на токарно-револьверном станке.

В качестве примера: пруток материала подается вперед через шпиндель. Лицевая сторона прутка обрабатывается (операция торцевания). Наружная часть стержня обрабатывается по форме (превращение операция). Бар просверлен или же скучающий, и, наконец, деталь обрезается (разделка).

В одношпиндельном станке эти четыре операции, скорее всего, будут выполняться последовательно, с четырьмя поперечными суппортами, каждая из которых по очереди занимает свое положение для выполнения своей операции. В многошпиндельном станке каждая станция соответствует этапу производственной последовательности, через которую затем проходит цикл каждой детали, причем все операции выполняются одновременно, но с разными частями работы, как сборочная линия.

Вид Ведущая камера и Коробка передач секунд для винтовой машины Brown & Sharpe, серия Sq-base 542.

Операции

Инструменты формы

Для обработки сложных форм обычно используют инструменты формы. Это контрастирует с резкой, которая выполняется на токарном станке, где режущий инструмент обычно одноточечный инструмент. Формовочный инструмент имеет форму или контур конечной детали, но в обратном порядке, поэтому он разрезает материал, оставляя желаемую форму компонента. Это контрастирует с одноточечным инструментом, который режет по одной точке за раз, а форма компонента определяется движением инструмента, а не его формой.

Резьба

В отличие от токарного станка, одноточечная резьба редко, если вообще выполняется; это занимает слишком много времени для коротких циклов, характерных для винтовых машин. Самораспускание умереть головой может быстро нарезать или накатать резьбу на наружный диаметр. Неразъемный держатель метчика с метчиком может быстро резать внутренний диаметр, но для этого требуется, чтобы одношпиндельные станки перешли на высокую скорость, чтобы метчик можно было снять с работы. Скорость нарезания резьбы и нарезания резьбы (низкая скорость) обычно составляет 1/5 от высокой скорости.

Ротационная протяжка

Основная статья: Ротационная протяжка

Ротационная протяжка - еще одна распространенная операция. Держатель протяжки установлен неподвижно, в то время как его внутренний приводной шпиндель и протяжной инструмент для торцевой резки приводятся в движение заготовкой. По мере того, как протяжка вводится в заготовку или вокруг нее, точки контакта протяжки постоянно меняются, легко создавая желаемую форму. Самая распространенная форма, сделанная таким образом, - это шестигранник в конце винта с головкой под ключ.

История

Ранние автоматические винтовые машины, построенные Чарльзом Вандером Вердом для американской часовой компании
Внутри корпуса винтового станка с ЧПУ швейцарского типа
Смотрите также: геометрический токарный станок

История токарных автоматов в промышленном контексте началась с винтовых станков, и эту историю можно по-настоящему понять только в контексте производства винтов в целом. Таким образом, нижеследующее обсуждение начинается с простого обзора изготовления винтов в предыдущие века и того, как оно превратилось в практику 19, 20 и 21 веков.

Люди заворачивают гайки с древних времен. На протяжении большей части тех столетий изготовление винтов обычно включало в себя нарезание резьбы каждого винта вручную (через строгание или же подача ). Другие древние методы включали обертывание провод вокруг оправки (такой как палка или металлический стержень) или вырезать ветку дерева, спирально обмотанную виноградной лозой.

Разные элементы машин которые потенциально поддались изготовлению винтов (например, токарный станок, то ходовой винт, то скользящая подставка, шестерни, скользящие опоры, прикрепленные непосредственно к шпинделям, и зубчатые передачи для переключения передач) разрабатывались веками, причем некоторые из этих элементов были довольно древними. Различные искры изобретательской силы во время Средний возраст и эпоха Возрождения объединили некоторые из этих элементов в винторезные машины, которые предвещали грядущую индустриальную эру. Например, различные средневековые изобретатели, чьи имена потеряны для истории, явно работали над этой проблемой, как показано в книге Замка Вулфегг. Средневековая домашняя книга (написано около 1475–1490 гг.),[8] и Леонардо да Винчи и Жак Бессон оставили нам чертежи резьбонарезных станков 1500-х годов;[8] Известно, что не все эти конструкции были построены, но явно похожие машины были реальностью при жизни Бессона. Однако только в 1760–1800 гг.[9] что эти различные элементы были успешно объединены для создания (одновременно) двух новых типов станков: токарно-винторезный станок (для малой громкости, мастерская -стилевое производство машина винты, с простым выбором различных шагов) и первые крупносерийные специализированные одноцелевые станки для производства винтов, которые были созданы для производства дерево шурупы [имеются в виду шурупы из металла для использования в дереве] с большим объемом и низким Цена за единицу. Токарно-винторезные станки вошли в только что зарождающуюся эволюцию современного механический цех на практике, в то время как станки для изготовления шурупов по дереву стали частью только что зарождающейся эволюции современной индустрии оборудования, то есть концепции одного завода, обеспечивающего потребности тысяч клиентов, которые потребляли винты в растущих количествах для плотницкие работы, изготовление шкафов, и другие профессии, но не производили оборудование самостоятельно (вместо этого покупали его у капиталоемких специализированных производителей по более низкой стоимости единицы продукции, чем они могли бы достичь самостоятельно). Эти два класса станков одновременно взяли различные классы винтов и впервые переместили их из категории дорогих, редко используемых предметов ручной работы в категорию доступных, часто используемых.взаимозаменяемый товар. (The взаимозаменяемость развивалась постепенно, от внутрифирменного к межфирменному, от национального к международному).

В период с 1800 по 1840 год со стороны станочно-винторезного станка стало обычной практикой встраивать все соответствующие элементы винторезного станка в токарные станки для двигателей, поэтому термин «токарно-винторезный станок» перестал выделяться в отличие от других видов металлообрабатывающих станков как «особый» токарный станок. Между тем, что касается шурупов по дереву, производители метизов разработали для собственного использования первые полностью автоматические [механически автоматизированные] специализированные станки для изготовления шурупов.[10] Дуга разработки 1760–1840 годов была огромным технологическим достижением, но более поздние достижения сделают винты еще более дешевыми и снова более распространенными. Они начались в 1840-х годах с адаптации токарного станка двигателя с резцедержателем с револьверной головкой для создания револьверный токарный станок. Эта разработка значительно сократила время, усилия и навыки, необходимые оператору станка для производства каждого крепежного винта. Однонаправленный был прощен в пользу умереть головой резка для серийного производства среднего и большого объема. Затем, в 1870-х годах, цикл резания детали (последовательность движений) токарно-револьверного станка был автоматизирован за счет того, что кулачок контроль, очень похожий на то, как музыкальные шкатулки и пианино может играть мелодию автоматически. Согласно Ролту (1965),[11] первым, кто разработал такую ​​машину, был Кристофер Майнер Спенсер, а Новая Англия изобретатель. Чарльз Вандер Верд возможно, в то время независимо изобрел машину, похожую на машину Спенсера. Однако станки для изготовления шурупов по дереву 1840-х и 1850-х годов [специализированные станки для заводского производства в отличие от станков для небольших мастерских], такие как те, что были разработаны Калленом Уипплом из New England Screw Company и Томасом Дж. Слоан из американской винтовой компании,[10] по-разному предвосхитили машины Спенсера и Вандера Верда, хотя и подходили к проблеме автоматизированного производства шнеков с другой коммерческой точки зрения. Все вышеперечисленные станки (т. Е. Токарно-винторезные станки; токарно-винторезные станки; токарно-винторезные станки с соответствующим оборудованием; токарно-револьверные станки; винтовые станки на основе револьверных станков; винтовые станки для деревообрабатывающих заводов) иногда назывались "винтовые станки" этой эпохи (вполне логично, учитывая, что это были машины, предназначенные для изготовления винтов). Номенклатурная эволюция, при которой термин «винтовая машина» часто используется более узко, чем это обсуждалось выше.

Спенсер запатентовал свою идею в 1873 году; но его патент не смог защитить кулачковый барабан, который Спенсер назвал «мозговым колесом».[11] Поэтому многие другие люди быстро подхватили эту идею. Позже к важным разработчикам полностью автоматических токарных станков относился С.Л. Уорсли, который разработал одношпиндельный станок для Браун и Шарп,[11] Эдвин К. Хенн, Рейнхольд Хейквессел и Джордж О. Гридли, разработавшие варианты с несколькими шпинделями и участвовавшие в работе ряда корпораций (Acme, National, National-Acme, Windsor Machine Company, Acme-Gridley, New Britain-Gridley );[11][12][13] Эдвард П. Буллард-младший, руководивший разработкой Буллард Мульт-Ау-Матик;[2][14] F.C. Фэй и Отто А. Шаум, которые разработали Автоматический токарный станок Fay;[15] Ральф Фландерс и его брат Эрнест, который усовершенствовал токарный станок Fay[15] и разработал автоматический шлифовальный станок для винтовой резьбы. Тем временем инженеры в Швейцарии также разрабатывали новые токарные станки с ручным и автоматическим управлением. Технологические разработки в Америке и Швейцарии быстро перетекли в другие промышленно развитые страны (по таким маршрутам, как станки экспорт; торговый журнал статьи и реклама; торговые выставки, из мировые ярмарки на региональные мероприятия; и оборот и эмиграция инженеров, наладчиков и операторов). Там местные новаторы также разработали дополнительные инструменты для машин и создали модели машин-клонов.

Развитие числового программного управления было следующим крупным скачком в истории токарных автоматов - и это также то, что изменило парадигму того, что означает различие между «ручным и автоматическим». Начиная с 1950-х годов, токарные станки с ЧПУ начали заменять ручные токарные станки и станки с кулачковым винтом, хотя замена старой технологии ЧПУ была длинной, постепенной дугой, которая даже сегодня не является полным затмением. К 1980-м годам настоящие винтовые станки с ЧПУ (в отличие от более простых токарных станков с ЧПУ), швейцарские и нешвейцарские, начали серьезно вторгаться в сферу кулачковых винтовых станков. Точно так же были разработаны патроны с ЧПУ, которые в конечном итоге превратились даже в ЧПУ. роторные передаточные машины. Эти станки малоизвестны за пределами автомобильной промышленности.

Рекомендации

  1. ^ ASME 1921 г..
  2. ^ а б Роу 1916, п. 276 сл.
  3. ^ Бралла, Джеймс (2007), Справочник производственных процессов, Нью-Йорк: Industrial Press, ISBN  9780831191474. Стр. 91, рубрика «Швейцарские винтовые машины».
  4. ^ а б c Донохью, Барбара (ноябрь – декабрь 2010 г.), ""Как это работает "Серия: успешная конкуренция с использованием старого оборудования", Современный мир механической обработки, 6 (9), заархивировано оригинал 17 февраля 2011 г.
  5. ^ Инженерное дело, Ардел. "Швейцарские токарные возможности | Ardel Engineering". www.ardelengineering.com. Получено 2018-03-12.
  6. ^ MachineSales.com (20 августа 2013 г.). "Автоматический патрон: его место в обрабатывающей промышленности". . Блог о машинах. Получено 2018-03-12.
  7. ^ Кёпфер, Крис (18.08.2014), «Гибридный многошпиндель: смотри, мама, без кулачков», Производственная обработка, 14 (9).
  8. ^ а б Рыбчинский 2000 С. 87–97.
  9. ^ Рыбчинский 2000 С. 75–99.
  10. ^ а б Рыбчинский 2000 С. 75–78.
  11. ^ а б c d Ролт 1965, стр. 169–170.
  12. ^ Роу 1937, стр. 103–108.
  13. ^ Роза 1990 С. 564–565.
  14. ^ Американский музей точности 1982
  15. ^ а б Роу 1937, п. 42.

Библиография

внешняя ссылка