Токарный автомат

Токарный автомат Fay, 1921 год ^[1]

Bullard Mult-Au-Matic , вертикальный многошпиндельный токарный автомат, 1914 г. ^[2]

В металлообработке и деревообработке токарный автомат - это токарный станок с автоматически управляемым процессом резки. Токарные автоматы были впервые разработаны в 1870-х годах и имели механическое управление. С момента появления ЧПУ 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 [ править ]

Термин «токарный автоматический станок» все еще часто используется в производстве в его более раннем смысле, относясь к автоматическим токарным станкам без ЧПУ . Первые токарные автоматы были механически автоматизированы и управлялись с помощью кулачков или индикаторов и пантографов . Таким образом, до электронной автоматизации с числовым программным управлением термин «автоматический» в термине «автоматический станок» всегда косвенно относился к механической автоматизации.

Самыми ранними токарными станками с механической автоматикой были геометрические станки , в том числе токарные станки с двигателем Rose . В промышленном контексте эпохи машин термин «токарный автомат» относился к механическим винторезным станкам и патронам.

С момента становления ЧПУ неявная дихотомия «ручное и автоматическое» все еще существует, но из-за повсеместного распространения ЧПУ термин «автоматический» утратил 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 винторезными станками или автоматами . Эти машины работают с деталями, которые (только в качестве ориентировочного ориентира) имеют диаметр до 80 миллиметров (3,1 дюйма) и длину 300 миллиметров (12 дюймов ). Винтовые станки почти всегда работают с прутками , то есть пруток проходит через шпиндель и захватывается патроном (обычно цанговым патроном).). Во время обработки детали пруток по всей длине вращается со шпинделем. Когда деталь готова, она «отделяется» от стержня, патрон освобождается, стержень подается вперед, а 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.

Большие кулачковый токарные автоматы обычно называют токарные автоматы зажиме , токарные автоматы , автоматические chuckers , автоматика , или chuckers . Часть названия «патрон» происходит от того, что детали представляют собой отдельные заготовки, хранящиеся в бункере, называемом «магазином», и каждая из них по очереди подвергается зажиму и обработке. (Это аналогично тому, как каждый патрон в магазине полуавтоматического пистолета получает свою очередь при перезарядке.) Заготовки представляют собой либо отдельные поковки, либо отливки, либо предварительно распиленные куски заготовки.. Однако некоторые члены этого семейства станков обрабатывают пруток или обрабатывают центры (например, токарный автоматический 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 [ править ]

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

Номенклатура винтовых машин [ править ]

Говоря со ссылкой на обычное определение термина винтовой станок , все винтовые машины полностью автоматизированы, будь то механически (с помощью кулачков) или с помощью ЧПУ , что означает, что после того, как они настроены и запущены, они продолжают работать и производить детали без участия человека. вмешательство. Сначала появилась механическая автоматизация, начиная с 1870-х годов; компьютеризованное управление (сначала через ЧПУ, а затем через ЧПУ) появилось позже, начиная с 1950-х годов.

Название винтовой машины является чем-то вроде метонима , поскольку винтовые машины могут изготавливать детали, отличные от винтов, или детали без резьбы . Однако архетипическим применением, в честь которого были названы винтовые машины, было изготовление винтов.

Определение термина винтовой машины изменилось с изменением технологии. 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 установленного различия от термина токарно-винторезный станок . Когда в 1840-х годах были разработаны токарные станки с револьверной головкой , термин « винтовой станок» применялся совместно с термином токарный станок с револьверной головкой . В 1860 году, когда некоторые движения, такие как индексирование башни, были механически автоматизированы, был применен термин автоматическая винтовая машина и термин ручной винтовой станок или ручной винтовой станок.был применен ретронимно к более ранним машинам. За 15 лет весь цикл нарезки деталей был механически автоматизирован, а станки типа 1860 года ретронимно назвали полуавтоматическими . С этого времени станки с полностью автоматизированными циклами обычно назывались автоматическими винторезными станками , и в конечном итоге в использовании большинства людей в обрабатывающей промышленности термин винтовой станок больше не использовался для обозначения ручных или полуавтоматических токарных станков с револьверной головкой. став зарезервированным для одного класса машин, полностью механически автоматизированного типа. Это узкое значение винтовой машины оставалось стабильным примерно с 1890-х до 1950-х годов. ( Браун и Шарппродолжали называть некоторые из своих моделей токарно-револьверных станков с ручным приводом «винтовые станки», но большинство машинистов зарезервировали термин для автоматики.) Внутри этого класса винтовых станков были вариации, такие как одношпиндельные против многошпиндельных, горизонтально-револьверные и вертикальные. -бурель и др.

С появлением ЧПУ винтовые станки разделились на два класса: механические и с ЧПУ. Это различие продолжается и сегодня в механических винтовых станках и станках с ЧПУ . Однако на заводском жаргоне термин винтовая машина сам по себе все еще часто понимается в контексте как механический винтовой станок, поэтому механические винтовые машины с ретронимом не всегда используются.

Автоматический патрон [ править ]

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] Fay токарный автомат был вариант , который специализируется в превращении работы в центрах . 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 пневматические.. 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, Bullard Mult-Au-Matic (вертикальный многошпиндельный вариант) и Thomas Ryder and Son .

Автоматические chuckers представляют собой класс станка , специализирующиеся на узкие отраслевые ниши, такие как OEM - поставщики деталей в автомобильную промышленность . 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 мастерские или мастерские по производству инструментов и штампов .

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 «дедушкиного токарного станка в Саут-Бенд » или «старого отцовского станка для изготовления колен в Бриджпорте », практически никто не может позволить себе сохранить и использовать их только по сентиментальным причинам. Как и в большинстве нецифровых коммерческих наборных машин (например, машин Linotype ).

Выбор машин и типа управления [ править ]

Механические винтовые станки в некоторой степени были заменены токарными станками с ЧПУ (токарными центрами) и винторезными станками 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 располагается токарный станок для двигателей, на его настройку уходит меньше всего времени, но больше всего требуется 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 множество 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 скорости 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 являются частью расчетов - не в последнюю очередь потому, что за большинство станков с кулачковым управлением уже давно заплатили, а за станки с ЧПУ последней модели платят огромные ежемесячные суммы). Компании, полагающиеся на кулачковые станки, по-прежнему конкурируют даже в сегодняшней среде с ЧПУ; им просто нужно быть бдительными и умными, чтобы так и было. ^[4]

В сегменте многошпинделей некоторые производители станков также создают гибридные станки, которые частично являются ЧПУ и частично управляют старой школой (некоторые станции являются ЧПУ, а другие - эксцентриковыми 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 [ править ]

Автоматический токарный станок может иметь один или несколько шпинделей. Каждый шпиндель содержит пруток или заготовку материала, обрабатываемого одновременно. Обычная конфигурация - шесть шпинделей. Обойма, которая удерживает эти шесть полосок индексов материала после завершения каждой операции обработки. Индексирование напоминает пистолет 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 прутка обрабатывается по форме ( токарная обработка ). В прутке просверливают или растачивают и, наконец, отрезают деталь (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 который затем проходит цикл каждой детали, причем все операции выполняются одновременно, но на разных частях работы, как на сборочной линии .

Операции [ править ]

Инструменты формы [ править ]

Для обработки сложных форм обычно используются инструменты форм . Это контрастирует с резанием, которое выполняется на токарном станке с двигателем, где режущий инструмент обычно представляет собой 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.

Threading [ править ]

В отличие от токарного станка, одноточечная нарезка резьбы выполняется редко, если вообще когда-либо; это занимает слишком много времени для коротких циклов, характерных для винтовых машин. Саморазъемная фильерная головка может быстро нарезать или нарезать резьбу на наружных диаметрах. 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 [ править ]

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

История [ править ]

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 шурупов, как правило, предполагало нарезку резьбы каждого винта вручную ( строганием или опиливанием ). Другие древние методы включали наматывание проволоки на оправку (например, палку или металлический стержень) или вырезание ветки дерева, спирально обмотанной виноградной лозой.

Различные элементы машин, которые потенциально подходили для изготовления винта (такие как токарный станок , ходовой винт , опора скольжения , шестерни , опоры скольжения , приводимые непосредственно к шпинделям, и зубчатые передачи «переключения передач»), разрабатывались веками, причем некоторые из них элементы довольно древние. Различные искры изобретательской силы в Средние века и в эпоху Возрождения объединили некоторые из этих элементов в станки для изготовления винтов, которые предвещали грядущую индустриальную эру. Например, различные средневековые изобретатели, чьи имена потеряны для истории, явно работали над этой проблемой, как показано в « Средневековой домашней книге замка Вольфегг» (написанной примерно в 1475–1490 гг.).^[8] и Леонардо да Винчи и Жак Бессон оставили нам чертежи винторезных станков 1500-х годов; ^{[8] известно, что} не все из этих конструкций были построены, но явно похожие машины были реальностью при жизни Бессона. Однако только в 1760–1800 ^[9] эти различные элементы были успешно объединены для создания (одновременно) двух новых типов станков: токарно-винторезного станка (для мелкосерийного производства инструментов в стиле инструментального цеха ). машинашурупы с простым выбором различных шагов) и первые крупносерийные специализированные специализированные станки для производства шурупов, которые были созданы для производства шурупов по дереву [то есть шурупов из металла для использования по дереву] на большой объем и низкая цена за единицу . Токарно-винторезные станки стали частью только что зарождающейся эволюции современного механического цеха , тогда как станки для изготовления шурупов по дереву стали частью только что зарождающейся эволюции современного оборудования, то есть концепции одного завода, обеспечивающего потребности тысячи клиентов, которые потребляли винты в растущих количествах для плотницких , мебельного производства, 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 вручную предметов в категорию доступных, часто взаимозаменяемых товаров . ( Взаимозаменяемость развивалась постепенно , от внутрикорпоративной к внутрикорпоративной, от национальной к международной).

В период с 1800 по 1840 год со стороны станочно-винторезного станка стало обычной практикой встраивать все соответствующие элементы винторезного станка в токарно-винторезные станки , поэтому термин «токарно-винторезный станок» перестал отличаться от других типов токарно-винторезных 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 для двигателей с резцедержателем с револьверной головкой для создания токарного станка с револьверной головкой.. Эта разработка значительно сократила время, усилия и навыки, необходимые оператору станка для производства каждого крепежного винта. Для серийного производства средних и больших объемов производства с однонаправленной головкой отказались в пользу высечки . Затем, в 1870-х годах, цикл нарезки деталей (последовательность движений) токарно-револьверного станка был автоматизирован за счет управления кулачком , что очень похоже на то, как музыкальные шкатулки и пианино могут автоматически проигрывать мелодию. Согласно Ролту (1965), ^[11] первым, кто разработал такую ​​машину, был Кристофер Майнер Спенсер , изобретатель из Новой Англии . Чарльз Вандер Вердвозможно, 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. Слоун 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 в более узком смысле, обсуждалась 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. Позднее среди важных разработчиков полностью автоматических токарных станков были С.Л. Уорсли, который разработал одношпиндельный станок для Brown & Sharpe , ^[11] Эдвин К. Хенн, Райнхольд Хаквессел и Джордж О. Гридли, разработавшие многошпиндельные варианты и принимавшие участие с чередой корпораций (Acme, National, National-Acme, Windsor Machine Company, Acme-Gridley, New Britain-Gridley); ^{[11] [12] [13]} Эдвард П. Буллард-младший, руководивший разработкой Bullard Mult-Au-Matic ; ^{[2] [14]}FC Fay и Отто А. Шаум, разработавшие автоматический токарный станок Fay ; ^[15] Ральф Фландерс и его брат Эрнест, которые усовершенствовали токарный станок Fay ^[15] и разработали автоматический шлифовальный станок для винтовой резьбы. Между тем 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 (через такие маршруты, как экспорт станков ; статьи и реклама в торговых журналах ; торговые выставки , от мировых ярмарок до региональных мероприятий; а также товарооборот 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 ротационные станки с ЧПУ . Эти станки мало известны за пределами автомобильной промышленности.

Ссылки [ править ]

Библиография [ править ]

• Американский музей точности (1982), «Эдвард П. Буллард (1872–1953)» , Зал славы станков , Американский музей точности, архивировано с оригинала 07.08.2010 , получено 29.11.2010
• ASME (1921), механический каталог и справочник ASME, том 11 , Американское общество инженеров-механиков.
• Роу, Джозеф Уикхэм (1916), английские и американские производители инструментов , Нью-Хейвен, Коннектикут: Yale University Press, LCCN  16011753. Перепечатано McGraw-Hill, Нью-Йорк и Лондон, 1926 ( LCCN  27-24075 ); и Lindsay Publications, Inc., Брэдли, Иллинойс, ( ISBN 978-0-917914-73-7 ). 
• Роу, Джозеф Уикхэм (1937), Джеймс Хартнесс: представитель машинного века в лучшем виде , Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Американское общество инженеров-механиков , LCCN  37016470 , OCLC  3456642 .ссылка с HathiTrust .

• Ролт, LTC (1965), Краткая история станков , Кембридж, Массачусетс, США: MIT Press, OCLC  250074. Совместное издание, опубликованное как Rolt, LTC (1965), Tools for the Job: a Short History of Machine Tools , London: BT Batsford, LCCN 65080822 .
• Роуз, Уильям (1990), Кливленд: создание города , Kent State University Press, ISBN 978-0-87338-428-5
• Рыбчинский, Витольд (2000), Один хороший поворот: Естественная история отвертки и винта , Scribner, ISBN 978-0-684-86729-8, LCCN  00036988 , OCLC  462234518 . Различные переиздания (мягкая обложка, электронная книга, шрифт Брайля и т. Д.).
• Смид, Питер (2008), Справочник по программированию ЧПУ (3-е изд.), Нью-Йорк: Industrial Press, ISBN 9780831133474, LCCN  2007045901 .

Внешние ссылки [ править ]

• Видео на YouTube, показывающее в действии кулачковый винтовой станок 1965 года.
• Видео на YouTube, показывающее еще один кулачковый винтовой станок.