Вертикальный токарный станок вращает заготовку вокруг вертикальной оси, и это меняет почти все: крепление, режимы точения, уход стружки и допустимую массу детали. Ниже разобраны устройство машины, граница с токарно-карусельным типом, расчет скорости точения и ограничения выбора. Цены и конкретные модели в текст не входят.

Чем вертикальный токарный станок отличается от горизонтального

У горизонтального станка заготовка сидит в патроне консольно, и ее вес действует поперек оси шпинделя. Тяжелый широкий диск на такой оси провисает, а кулачки держат его только силой зажима. На вертикальном станке заготовку кладут на планшайбу: вес прижимает деталь к столу, а опору воспринимает подшипниковый узел стола по всей окружности.

Вертикальные станки предназначены для деталей большой массы, большого диаметра и небольшой длины. Наибольший диаметр обработки у таких машин лежит в пределах от менее 1 м до более 20 м. Стружка при вертикальной оси падает со стола под собственным весом, поэтому ее проще отвести, чем со станка, где она наматывается на деталь и патрон.

Токарно-карусельные станки

Весь раздел →

Есть и монтажная разница. Тяжелую деталь на стол вертикальной машины опускают краном сверху прямо на планшайбу и выставляют по индикатору. Для горизонтальной оси тот же диск приходится поднимать к оси шпинделя и держать краном, пока кулачки не сомкнутся.

Типовые детали вертикального точения, широко встречающиеся в машиностроении: колеса, диски, фланцы, зубчатые венцы, корпуса арматуры, тормозные диски.

Вертикальный токарный станок и карусельный: где проходит граница

Токарно-карусельный станок представляет собой вертикальный токарный станок крупной размерности. Типоразмеры по ГОСТ 600-80 образуют ряд по диаметру заготовки: 800, 1000, 1250, 1600 мм и дальше до 20 000 мм. Каждая следующая модель принимает деталь примерно в 1,26 раза крупнее предыдущей. Три таких шага дают удвоение: 800 мм × 1,26³ ≈ 1600 мм.

Ниже нижней границы этого ряда встречаются вертикальные станки с патроном и револьверной головкой. В описаниях термины «вертикально-токарный» и «карусельный» пересекаются, поэтому класс станка определяют по размеру планшайбы и массе заготовки.

ПризнакВертикальный станок малой размерностиТокарно-карусельный станок
Креплениепатрон с кулачкамипланшайба с установочными пазами и кулачки
Инструментревольверная головкавертикальный и боковой суппорты с резцовыми каретками
Компоновкаодна стойкаодностоечная, одностоечная с консолью, двухстоечная портальная

В двухстоечной схеме правая и левая стойки соединены поперечиной, по которой ходят суппорты. Двухстоечные (двухколонные) станки берут самые тяжелые заготовки.

Токарно-карусельные станки

Весь раздел →

Подобрать оборудование под вашу задачу

Нажимая кнопку, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности.

Узлы вертикального станка: планшайба, стойка и суппорт

Планшайба принимает деталь и вращается в опорах стола. По справочнику ее высота составляет 30–40% высоты стола, у крупных станков до 50%. В планшайбе есть стандартные пазы для болтов и прихватов, на них же стоят кулачки.

Суппорт состоит из нижних салазок, поперечных салазок с резцовой кареткой и, если станок оснащен, револьверной головки. Резец работает сверху вниз и с боков, поэтому вертикальный токарный станок обтачивает поверхность и подрезает торцы в одной установке. Шпиндель на таких машинах обычно совмещен со столом: подшипники воспринимают осевую нагрузку от веса заготовки и радиальную от силы резания.

Жесткость стойки или портала определяет, какой вылет суппорта допустим без вибрации. Это один из главных параметров паспорта наравне с предельным размером детали.

Как считать скорость точения по размеру детали

Скорость на кромке резца считается по формуле v = π × D × n / 1000, где D в миллиметрах, n в оборотах в минуту, v в метрах в минуту. При вращении стола 20 об/мин на D = 1600 мм резец идет со скоростью около 100 м/мин, на D = 400 мм около 25 м/мин, а на D = 200 мм около 13 м/мин.

При подрезке торца от края к центру резец приближается к оси, обороты остаются прежними, и скорость резания падает вместе с диаметром. Чтобы получить 100 м/мин на D = 400 мм, столу нужно около 80 об/мин. Система ЧПУ в режиме постоянной скорости резания (G96) повышает обороты стола по мере приближения к центру, пока не дойдет до заданного предела частоты. При коробке скоростей диапазон переключают вручную, и скорость на малом диаметре остается ниже расчетной.

Токарно-карусельные станки

Весь раздел →

Вес прижимает деталь, центробежная сила сдвигает ее к краю

Вес детали прижимает ее к планшайбе, как описано выше. При вращении появляется радиальное ускорение a = ω² × r, где ω = 2π × n / 60. Оно направлено от оси и тянет деталь к краю стола, а кулачки и прихваты ему противодействуют.

Для детали диаметром 1250 мм, край которой лежит на радиусе 625 мм, ускорение при 25 об/мин составляет около 4,3 м/с², то есть примерно 0,44 g. При 100 об/мин оно достигает около 69 м/с², то есть примерно 7 g. Ускорение растет пропорционально квадрату частоты: учетверение оборотов дает шестнадцатикратный рост. Несбалансированная деталь с массивным выступом с одной стороны превращает эту силу в удар на каждом обороте. Ее уравновешивают противовесами до разгона стола.

Вертикальный станок с ЧПУ, ось C и приводной инструмент

ЧПУ ведет суппорт по двум основным координатам: радиальной X и вертикальной Z. Если у стола есть ось C, планшайба останавливается в заданном угле и работает как поворотная ось. Тогда приводной инструмент в револьверной головке сверлит и фрезерует отверстия, пазы и лыски без переустановки. Сила фрезерования нагружает привод и зажим оси C, поэтому режимы фрезерования ограничивают момент удержания стола и жесткость головки. В паспорте эти значения смотрят отдельно от мощности главного привода. Такие машины называют вертикальными токарными обрабатывающими центрами.

Точность обработки задают жесткость стойки, состояние направляющих и подшипников стола, тепловой дрейф и качество крепления. Нагрев привода и гидравлики смещает узлы, поэтому чистовой проход на большой детали делают после прогрева станка. Система ЧПУ вводит поправку на износ резца. Тепловые смещения она компенсирует, только если в станке есть датчики температуры и такая функция. Геометрию стола и направляющих она не исправляет.

Когда вертикальный токарный станок не подходит

Длинный вал малого сечения на вертикальный станок не поставить: ограничивает высота обработки, то есть расстояние между столом и траверсой, а сам вал на планшайбе неустойчив. Такие детали точат на горизонтальном станке в центрах, длинный вал поддерживает люнет. Для небольших серийных деталей, например втулок, вертикальный станок малой размерности обходится дешевле карусельного: ему не нужны тяжелый стол и фундамент.

Токарно-карусельные станки

Весь раздел →

Еще одно ограничение связано с самой деталью. Крупное тонкостенное кольцо деформируется от зажима кулачками, и вертикальная ось этого не отменяет: после снятия зажима кольцо принимает прежнюю форму, а обточенный размер уходит. Для таких деталей применяют мягкие кулачки или опоры по торцу, размер проверяют после раскрепления.

На что смотреть в паспорте при выборе

В паспорте указаны диаметр планшайбы и наибольший диаметр обработки. Они разные: деталь может выступать за край стола, поэтому читать нужно обе цифры.

ПараметрЧто определяетТипичная ошибка
Диаметр планшайбы и наибольший диаметр обработкигабарит детали и устойчивость на столебрать станок под стол и забыть про вылет детали
Нагрузка на столдопустимая масса детали с оснасткойсчитать массу детали без прихватов и противовесов
Высота обработкирасстояние от стола до траверсы или суппортане учесть высоту оснастки
Диапазон частот стола и моментвозможные режимы для разных материаловсмотреть только максимальные обороты
Ось C и приводной инструментсверление и фрезерование за одну установкупокупать ось C для деталей, которым она не нужна

Из режущего инструмента на вертикальном станке работают проходные, подрезные и расточные резцы с твердосплавными пластинами. Тип пластины подбирают по материалу заготовки, стали или чугуна, а державку выбирают так, чтобы вылет оставался минимальным.

Обслуживание и контроль состояния

Обслуживание начинается с подшипников стола и направляющих: смазку проверяют по графику производителя, а биение планшайбы замеряют индикатором. Рост биения указывает на износ подшипников или загрязнение посадочных поверхностей. Горизонтальность стола контролируют уровнем после переноса станка и после просадки фундамента.

Отдельно следят за гидравликой и охлаждающей жидкостью: фильтры забиваются мелкой стружкой, а недостаток смазки приводит к задирам на направляющих суппорта. Ограждение зоны вращения проверяют перед каждой сменой, потому что крупная деталь на высокой частоте становится источником опасных выбросов.