Передняя бабка токарного станка по дереву и металлу: устройство, назначение

 Одним из важнейших многофункциональных узлов является передняя бабка. Она присутствует во всех токарных металлообрабатывающих и деревообрабатывающих станках. Её размер и технические характеристики зависят от назначения станка, количества выполняемых операций.

 

Устройство передней бабки токарного станка

Это устройство расположено на левой части станины. Его состав определяется решаемыми задачами. Устройство передней бабки включает следующие элементы:

• корпус;
• шпиндель;
• элементы крепления заготовки;
• системой управления перемещением;
• коробку скоростей.

Подробное устройство передней бабки токарного станка приводится на чертеже и кинематической схеме. Они взаимно дополняют друг друга и помогают понять существующие элементы и их взаимосвязь во время работы. Наиболее характерной является конструкция этого узла у токарного станка по металлу.

Корпус передней бабки выполнен в форме цельной металлической коробки. Его основными функциями являются: крепление основных элементов и их защита от внешних воздействий, в том числе от попадания грязи. В качестве материала для изготовления корпуса используют прочную сталь или чугун.

Шпиндель — одна из важных деталей не только передней бабки, но и всего станка. Считается, что все остальные элементы конструкции должны обеспечить его надёжную и точную работу. Основным назначением шпинделя является обеспечение надёжной фиксации заготовки или необходимого инструмента. Его конструкция зависит от назначения и типа станка, размеров обрабатываемых деталей, требуемых показателей точности обработки. Стандартный узел состоит из стального вала, узла крепления, элементов обеспечивающих передачу вращательного момента от двигателя, системы опор. В качестве опор используются стойки, на которых закреплены подшипники скольжения высокой точности с допустимым отклонением не более 1 мкм. Для некоторых станков применяют роликовые или шариковые подшипники качения. В современных высокоточных агрегатах шпиндель токарного станка оснащён магнитными или воздушными опорами. Это позволяет добиться прецизионной точности с отклонением не более 0,2 мкм.

С противоположной стороны крепление заготовки обеспечивает задняя бабка токарного станка. Вся конструкция крепления заготовки и инструмента должна соответствовать следующим требованиям:

• вращение с высокой скоростью, с изменением передаточного числа (возможностью повышения или понижения частоты вращения);
• надёжности крепления заготовок и обрабатывающего инструмента;
• долговечности всей конструкции;
• точность фиксации и вращательного движения без отклонения от траектории движения и биений;
• высокая виброустойчивость, что гарантирует точность работы режущего инструмента (особенно это необходимо для винторезного станка).
• поддержание требуемого температурного режима, что не допускает перегрева и снижения точности обработки;
• допустимую несущую способность (поддержание в процессе эксплуатации разрешённого веса и габаритов применяемых инструментов).

На шпинделе в передней бабке устанавливается узел крепления. Это может быть планшайба или специальные патроны. Требуемая точность работы обеспечивается специальным регулирующим кольцом.

Коробка изменения скоростей вращения является неотъемлемой частью передней бабки. Она позволяет понижать или повышать скорость вращения шпинделя. Это необходимо для задания различных режимов обработки.

Современные производители предлагают следующие виды конструкций коробок:

• Использование фрикционных муфт. Они включаются вручную или с применением электромагнитного блока управления. Использование косозубых шестерёнок или шевронных колёс, позволяет производить переключение скоростей во время работы.
• Включение в конструкцию кулачковых муфт. Они обладают ограниченными перемещениями и способны передавать незначительный крутящий момент. Однако такие конструкции достаточно простые и имеют низкую стоимость.
• Установка сменных зубчатых колёс с малыми осевыми габаритами. Такая конструкция позволяет осуществлять изменение скорости вращения в широком диапазоне. Она применяется в специальных станках имеющих автоматическую или полуавтоматическую конструкцию
• Использование скользящих блоков, в состав которых входят два или три колеса с прямыми зубьями. Их перемещение производится с помощью направляющих втулок или специальными шлицами.
• Включение в состав коробки механизма бесступенчатого регулирования вращательного момента. Такие устройства называются вариаторами (по конструкции схожи с КПП автомобилей). Главным достоинством является возможность плавного изменения скорости вращения во время обработки детали. Некоторые механизмы позволяют производить изменение направления вращения.

Коробка является передаточным механизмом между электродвигателем и шпинделем. На ходовой вал вращение от двигателя передаётся через муфту. На нём размещается комплект главных шестерёнок. Они с помощью механизма подачи соединяются с шестерёнками вторичного вала. Скорость конечного вращения зависит от передаточного числа каждой пары шестерён. Для удобства управления (изменения скорости вращения) на внешнюю сторону корпуса передней бабки вынесены рычаги управления коробкой скоростей. Они позволяют оперативно задавать скорость вращения шпиндельного узла. На лицевой стороне коробки рядом с рычагами закрепляется информационная табличка (шильдик) с изображением кинематической схемы коробки скоростей (порядок переключения и последовательность соединения различных шестерёнок).

У станков с ЧПУ существует важное отличие передней бабки (энкодера) от стандартного узла такого типа. В его функции входит задача передачи электрического импульса в модуль числового программного управления. Он позволяет осуществлять управление сервоприводом двигателя, что позволяет регулировать скорость оборота шпинделя.

Надёжная работа всех механизмов передней бабки обеспечивается благодаря системе смазки каждого из элементов. В большинстве станков предусмотрена циркуляционная система. Смазка поступает из специального резервуара под давлением через форсунку. Давление обеспечивается электрическим насосом с системой фильтрации. Она обеспечивает непрерывную подачу требуемого объёма смазочного материала. Это обеспечивает надёжность и долговечность работы всего станка.

Назначение узла

Этот элемент металлообрабатывающих и деревообрабатывающих станков выполняет большое количество функций. Поэтому назначение передней бабки включает:

• закрепление обрабатываемой детали;
• передачи вращательного движения от основного электрического двигателя станка к крепёжной головке;
• изменению скорости вращения (за счёт установленной коробки передач);
• крепление нескольких режущих инструментов (для станков с ЧПУ).

Переднюю бабку применяют совместно с задней бабкой для жёсткой фиксации обрабатываемой детали. Заднюю бабку располагают на правой части станины. На ней кроме края детали закрепляют режущий инструмент. Для металлорежущих и обрабатывающих станков это могут быть резцы, фрезы, шлифовальные инструменты. Для деревообрабатывающих станков применяют инструмент для обработки более мягких (деревянных) заготовок.

Каждый элемент передней бабки выполняет заданные функции. Шпиндель предназначен для закрепления крепёжного элемента. Они делятся на резьбовые и фланцевые. В качестве зажимного устройства применяется:

• патрон (кулачковый или поводковый);
• планшайбы;
• байонетные поворотные шайбы.

Коробка скоростей и служит для изменения числа оборотов шпинделя. В современных станках применяют следующие способы изменения этого параметра:

• с помощью передвижных колёс или блоков;
• изменение частоты оборотов при помощи муфт (фрикционных или кулачковых).

Кулачковые муфты обладают простотой конструкции, высокой надёжностью и ремонтопригодностью. Однако они имеют существенный недостаток. Включений новой частоты возможно только после полной остановки двигателя.

Наибольшее распространение получили агрегаты, в состав которых входят передвижные колёса или блоки. Количество переключений определяется числом шестерёнок, их передаточными числами и размерами.

Передняя бабка токарного станка своими руками

Изготовление такого узла токарного станка связано с решением определённого ряда трудностей:

• разработка документации (составление чертежа, технологической карты и кинематической схемы);
• поиск необходимых материалов и необходимых деталей;
• опыт в проведении подобных работ (изготовление деталей, их обработка, конечная сборка и наладка всего узла).

Передняя бабка токарного станка может быть изготовлена только с применением металлорежущих и обрабатывающих станков. Самодельная бабка должна удовлетворять всем требованиям, предъявляемым этому узлу. Сегодня предлагается большое количество вариантов решения этой задачи. Передняя бабка токарного станка своими руками может быть изготовлена в домашней мастерской или в оборудованных помещениях оснащённых необходимыми станками.

Перед тем, как приступить к изготовлению этого узла для самодельного токарного станка, необходимо составить последовательность проводимых операций. Подробная технологическая карта позволит тщательно выполнить все операции с соблюдением требуемых технологий. Такая карта должна включать:

• последовательность выполняемых работ;
• графическое изображение состояния заготовки и проводимой операции;
• перечень используемых станков, инструмента, дополнительного оборудования.

Основным дополнением к технологической карте является подробный чертёж каждого элемента и всей конструкции в сборе.

Важным узлом в составе передней бабки является коробка передач. Для её сборки потребуются шестерёнки. Изготовление этих элементов невозможно без специальных станков. Поэтому для сборки этого механизма используют два варианта реализации:

• изготовление шестерни в переднюю бабку на зуборезных станках из заготовок;
• подбор необходимых шестерён уже готовых и имеющихся в продаже.

Во втором случае бывает достаточно сложно подобрать необходимое передаточное число и обеспечить требуемую скорость вращения. Кроме этого необходимо обеспечить изменение скорости вращения. Для этого следует разработать механизм управления. Таким механизмом может служить система подачи шестерёнок разного диаметра, расположенных на вторичном валу. На основном (ведущем) валу следует жёстко закрепить одну или несколько шестерёнок.

Одним из простых вариантов изменения скорости вращения является установка различных шкивов на центральный вал. Обладая различным диаметром, они будут передавать изменяющийся крутящий момент. Основным недостатком такого устройства является необходимость обеспечить каждый шкив индивидуальным ремнём.

Самым простым самодельным устройством, которое можно назвать передней бабкой, является патрон электрической дрели. Он одновременно исполняет роль шпинделя. Для изменения скорости вращения необходимо разработать электрическую схему управления подаваемого напряжения.