Токарные станки

ТОКАРНЫЕ  СТАНКИ 
     

Toni Retsch      

 
     Адаптированный  текст 3-ьего издания Энциклопедии Безопасности и Гигиены Труда. 
      
Важное место, которое в цехах металлообрабатывающих предприятий занимают токарные станки, лучше всего иллюстрирует тот факт, что на их долю приходится от 90 до 95% мелкой металлической стружки, получаемой при изготовлении клапанов, вентилей и запорно-регулировочной арматуры. Примерно десятая часть несчастных случаев, зафиксированных в отрасли, происходит по вине операторов токарных станков; это соответствует одной трети всех несчастных случаев, связанных с машинным производством. Согласно исследованию частоты несчастных случаев, приходящихся на единицу оборудования, проведенному на заводе, изготавливающем мелкие высокоточные детали и электрооборудование, токарные станки занимают пятое место после деревообрабатывающих, пил для резки металла, механических прессов и сверлильных станков. Поэтому необходимость соблюдать меры предосторожности при работе на токарных станках не вызывает никакого сомнения.  
      
Токарная обработка - это технологический процесс, при котором резец со специальной режущей кромкой уменьшает диаметр обрабатываемого изделия. Резание происходит за счет вращения заготовки, а подачу и поперечное перемещение осуществляет режущий инструмент. 
      
Варьируя эти три основные перемещения, а также выбирая соответствующую геометрию режущей кромки инструмента и материал, можно влиять на величину съема припуска на заготовке, на качество обработанной поверхности, на форму образуемой стружки и износ инструмента. 
 
Устройство токарных станков 
Обычный токарный станок состоит из: 
      
- станины (или основания) с механически обработанными направляющими для суппорта и задней бабки 
- установленной на станине передней бабки со шпинделем и патроном 
- прикрепленной к передней части станины коробки подач для осуществления движения подачи, зависящего от скорости резания, через ходовой винт или вал подачи и фартук к суппорту 
- суппорта (или каретки) с поперечными салазками, которые выполняют поперечное перемещение  
- резцедержателя, установленного на поперечных салазках (см. рисунок 82.4). 
      
-------------------------------------------------------------------------------- 
     

Рис. 82.4    Токарные станки, отрезные станки, резьбонарезные станки 
      
 
   

 
   --------------------------------------------------------------------------------      
           
Изменяя такую базовую модель, получают множество вариантов токарного станка - от универсального до специализированного автомата, предназначенного только для одного вида изделий. 
      
Наиболее важные типы токарных станков: 
      
- Центровой. Используется чаще остальных. Обрабатываемая деталь удерживается между центрами планшайбой или в патроне. 
- Многорезцовый. Позволяет задействовать одновременно несколько режущих инструментов. 
- Токарно-револьверный, токарно-револьверный с продольными салазками. На них заготовка обрабатывается несколькими резцами, вступающими в действие последовательно один за другим. Резцы крепятся в револьверной головке, которая, поворачиваясь, выводит их в рабочее положение. Головки обычно имеют вид дисков или корончатую форму, но есть станки с барабанной револьверной головкой. 
- Копировально-токарный. Требуемая форма передается заготовке от шаблона копировальным устройством. 
- Токарный автомат. Все операции, в том числе и смена обрабатываемой детали, автоматизированы. Различают прутковые и патронные автоматы. 
- Вертикально-токарный (токарно-карусельный). Заготовка, закрепленная на горизонтальном столе, вращается вместе с ним вокруг вертикальной оси. Этот тип станка обычно используется для механической обработки больших отливок и поковок. 
- Станки с ЧПУ и ЧПУ типа CNC. Все вышеупомянутые станки могут быть оборудованы устройством с числовым программным управлением (NC) или с автоматизированным числовым управлением типа CNC. Такие полуавтоматизированные или полностью автоматизированные станки находят универсальное применение благодаря эксплуатационной гибкости и легкому программированию системы управления. 
      
Дальнейшее развитие токарного станка, вероятно, будет связано с усовершенствованием системы управления. На смену контактному управлению придут электронные системы. Наблюдается тенденция перехода от интерполяционно программируемых управляющих устройств к программируемым на основе памяти. В обозримом будущем это приведет к тому, что использование все более и более эффективных компьютеров в технологическом процессе будет способствовать оптимизации операций механической обработки. 
      
Несчастные случаи 
Причинами несчастных случаев при работе на токарном станке обычно бывают: 
     

- невыполнение правил  техники безопасности при монтаже  станков в цехах (например, недостаточные  промежутки между станками, отсутствие  выключателей электропитания для  каждого станка) 
- отсутствие защитных ограждений или вспомогательных устройств (серьезные травмы были получены при попытках затормозить вращающийся шпиндель рукой за шкивы приводных ремней, при неосторожном пользовании не огражденными рычагами управления муфтой или педалями; отлетающей стружкой) 
- неправильно расположенные органы управления (так, можно проколоть руку центром задней бабки, если перепутать педали управления патроном и гидроприводом центра) 
- неблагоприятные условия работы (недостатки с точки зрения профессиональной физиологии) 
- отсутствие средств индивидуальной защиты (СИЗ) или неподходящая рабочая одежда (серьезные и даже смертельные повреждения получали работающие в чересчур просторной одежде или с распущенными длинными волосами) 
- плохой инструктаж персонала (ученик токаря был смертельно ранен, когда опиливал короткий вал, установленный между центрами и вращаемый с помощью поводка; поводок захватил левый рукав, который намотался на заготовку, и ученик был втянут в рабочую зону станка) 
- плохая организации производства, использование неподходящего оборудования (пример: обрабатывался слишком длинный пруток, который выступал более чем на 1 м за переднюю бабку; отверстие патрона было слишком большим и для фиксации прутка пришлось использовать деревянные клинья. Когда шпиндель начал вращаться, свободный конец прутка согнулся на 45 градусов и ударил токаря по голове; вечером следующего дня он умер) 
- неисправные детали (так, незакрепленный палец хомутика в муфте может привести к вращению шпинделя, в то время как оператор устанавливает заготовку в патрон). 
      
Предупреждение несчастных случаев 
Предупреждение несчастных случаев начинается уже на стадии проектирования станков. Конструкторы должны уделять особое внимание органам управления и передачи движения. 
      
Органы управления 
Каждый станок необходимо снабдить сетевым (или вводным) выключателем, чтобы устранить риск при обслуживании и ремонте. Выключатель должен полностью обесточивать станок, его пневмо- и гидроприводы. На больших станках конструкция выключателя должна обеспечивать его блокировку в отключенном положении - мера предосторожности от случайного повторного включения. 
      
Расположение органов управления должно быть таким, чтобы они были легко различимы и досягаемы, чтобы пользование ими не представляло никакой опасности. Недопустимо тянуться к ним через рабочую зону станка или с риском соприкосновения со стружкой. 
     

Выключатели, контролирующие предохранительные щитки и блокирующие  привод станка, устанавливаются так, чтобы цепь обесточивалась при изменении  защитного положения оградительного устройства. 
      
Устройства аварийного отключения должны срабатывать моментально, прекращая любое опасное перемещение. Они проектируются и располагаются с таким расчетом, чтобы рабочий мог легко манипулировать ими. Кнопки аварийной остановки имеют красную маркировку. 
      
Исполнительные органы механизмов управления, которые могут вызвать опасное перемещение частей станка, следует ограждать, дабы исключить любое случайное срабатывание. Например, муфту, включающую рычаги на передней бабке и фартуке, необходимо снабдить предохранительными блокировочными или экранирующими устройствами. Нажимная кнопка станет более безопасной, если углублена или ограждена защитным хомутиком. 
      
Органы ручного управления следует располагать так, чтобы движение рук соответствовало регулируемым перемещениям частей станка. 
      
Органы управления надо снабжать удобочитаемыми и понятными маркировками. Во избежание недоразумений и языковых трудностей желательно пользоваться условными обозначениями. 
      
Элементы передачи 
Все подвижные элементы передачи (ремни, шкивы, приводы) должны быть закрыты щитками. Важную роль в предотвращении несчастных случаев призваны сыграть ответственные за установку станка. Станки нужно устанавливаться так, чтобы обслуживающие их операторы не мешали друг другу, не подвергали друг друга опасности. Они не должны работать, стоя спиной к проходу. Защитные экраны устанавливаются там, где соседние рабочие места или проходы оказываются в пределах досягаемости отлетающей стружки. 
      
Проходы четко обозначаются. Оставляется достаточное пространство для подъемно-транспортного оборудования, штабелей заготовок, инструментальных ящиков. Направляющие трубы для обрабатываемых прутков не должны перекрывать проходы. 
      
Пол на рабочем месте не должен быть холодным и скользким, даже если покрыт масляной пленкой. Необходимо следить, чтобы о теплоизоляцию нельзя было споткнуться. 
      
Желоба для электропроводки и трубопроводы нужно устанавливать так, чтобы они не становились препятствиями. Следует избегать временных линий, проложенных на скорую руку. 
     

Мероприятия по технике  безопасности в цехе должны быть направлены, в частности, на то, чтобы соблюдались  следующие требования: 
      
- зажимные приспособления (планшайбы, патроны, цанги) перед использованием должны быть динамически сбалансированы 
- максимальная допустимая скорость вращения зажимного патрона должна быть указана на нем изготовителем и строго соблюдаться оператором 
- пользуясь спирально-реечными патронами, следует особо следить, чтобы кулачки не вылетали при пуске станка 
- патроны этого типа должны быть сконструированы так, чтобы нельзя было снять торцовый ключ, прежде чем не окажутся закрепленными кулачки. Ключи для зажимных патронов делаются с таким расчетом, чтобы их невозможно было оставить в патроне. 
      
Необходимо вспомогательное подъемное оборудование для установки и снятия тяжелых зажимных патронов и планшайб. Чтобы предотвратить вылет патронов со шпинделя при внезапном торможении, они должны быть надежно закреплены. Это обеспечивается контргайкой с левой резьбой, быстродействующей муфтой "Camlock", шпонкой, фиксирующей патрон, или закрепляющим его разъемным стопорным кольцом. 
      
Используя гидравлические патроны, цанги и центры задней бабки, необходимо принять меры, исключающие попадание рук в опасную зону механизированных зажимных приспособлений. Это достигается за счет ограничения хода зажимного элемента до 6 мм, рационального выбора места для органа управления с кнопкой безопасности, а также за счет установки подвижного защитного ограждения, закрывающегося прежде чем начнется зажим кулачков патрона. 
      
Если пуск станка при открытых кулачках зажимного патрона представляет опасность, необходимо установить устройство, которое не позволяет шпинделю начать вращаться, прежде чем закроются кулачки. Прекращение питания не должно вызывать открытие или закрытие механизированных зажимных приспособлений. 
      
Если усилие зажима механизированного патрона уменьшается, вращение шпинделя должно быть прекращено и повторный запуск исключен. Изменение направления зажимного усилия при вращающемся шпинделе, не должно выбить патрон. Снятие зажимных устройств должно быть возможно только после остановки шпинделя. 
      
При обработке прутковой заготовки часть ее, выступающая за пределы станка, закрывается направляющей трубой. Сам прутковый материал должен ограждаться кожухами. 
     

Поводки токарного станка 
Для предотвращения несчастных случаев с тяжелыми последствиями (особенно при опиливании заготовки) следует отказаться от использования незащищенных поводков. Должны применяться уравновешенные поводки или на обычные устанавливаться защитные втулки. Можно использовать самозажимающиеся поводки или снабдить поводковую планшайбу предохранительным щитком. 
      
Рабочая зона токарного станка 
Зажимные патроны универсальных станков следует защищать поворотными кожухами. По возможности они должны быть блокированы с цепями привода шпинделя. Карусельные станки необходимо ограждать решетками или кожухами, фиксируя зону безопасности. Площадку оператора надо снабдить перилами, чтобы он мог безопасно следить за процессом обработки. В некоторых случаях есть смысл установить телекамеры, позволяющие контролировать подачу резца. 
      
Рабочие зоны токарных автоматов, станков с ЧПУ и ЧПУ типа CNC ограждаются со всех сторон. В ограждении предусматриваются окна для подачи заготовок, выхода готовых изделий и удаления стружки. Окна делаются такими, чтобы через них нельзя было проникнуть в опасную зону. 
      
В качестве ограждений рабочей зоны полуавтоматических станков, станков с ЧПУ и ЧПУ типа CNC обычно используются подвижные кожухи с конечными выключателями и схемой блокировки. 
      
Действия, требующие доступа к рабочей зоне (например, смена заготовки или инструмента, выверка и т.п.), выполняются только после остановки станка. Обесточивание регулируемого привода не считается безопасным остановом. Станки с такими приводами должны иметь запертые защитные кожухи, которые не могут быть открыты, прежде чем станок безопасно остановлен (например, при отключении питания двигателя привода шпинделя). 
      
На случай необходимой наладки инструмента должно быть предусмотрено толчковое управление рабочими органами, которое позволяет отключать некоторые перемещения при открытом кожухе. Оператор оказывается защищенным благодаря специальным типам электросхем (например, позволяющим отключать только одно перемещение) и использует двуручные органы управления. 
      
Токарная стружка 
Длинные стружки опасны, потому что могут запутаться в одежде, порвать ее, нанести серьезные телесные повреждения. Избежать образования непрерывной и закрученной стружки можно, выбрав подходящие скорость резания и подачу, а также применяя инструменты со стружколомом типа лунки или уступа. Для удаления стружки следует пользоваться крюком с ручкой. 
      
Эргономика 
Станок проектируется с таким расчетом, чтобы обеспечивал максимальную производительность при минимальной нагрузке на оператора. Иными словами, станок приспосабливается к рабочему. 
      
Конструкторам следует принимать во внимание эргономические факторы. Дизайн рационального рабочего места предусматривает наличие вспомогательного оборудования, приспособлений для погрузки и разгрузки. 
      
Все органы управления должны располагаться в пределах физиологической сферы или досягаемости для обеих рук. Рукоятки, рычаги, кнопки должны находиться в определенных местах, размещаться в соответствии с логикой выполнения операций. Следует избегать использования педалей, если оператор работает стоя. 
      
Опыт свидетельствует: производительность труда выше, если место оператора рассчитано для работы как в стоячем, так и в сидячем положении. Если человек вынужден большую часть времени проводить на ногах, ему необходимо менять положение тела и чрезвычайно полезными оказываются легкие мобильные сидения. 
      
Необходимо также позаботиться о создании теплового комфорта, принимая во внимание температуру воздуха, его относительную влажность, скорость движения и лучистую теплоту. Цеха должны иметь хорошую вентиляцию, устройства местной вытяжной вентиляции для удаления газообразных выделений. При обработке прутковых материалов надо использоваться направляющие трубы со звукопоглощающей прокладкой. 
      
Желательно, чтобы рабочее место имело достаточное и равномерное освещение. 
      
Рабочая одежда и индивидуальная защита 
Комбинезон должен плотно облегать тело и застегиваться на пуговицы или молнию. Стоит отказаться от верхних карманов, ремня или пояса, непременно застегивать рукава на запястьях. Работать на станке надо без браслетов и колец на пальцах, но непременно в защитных очках. Имеющим дело с тяжелыми заготовками нужна специальная обувь со стальными носками. Собирать стружку следует в защитных перчатках. 
      
Обучение  
Безопасность токаря в значительной степени зависит от того, какие рабочие приемы он использует. Важно, чтобы он получил полную теоретическую и практическую подготовку и приобрел полезные навыки. Правильная поза, четкие движения, точный выбор инструмента и умелое обращение с ним - все это должно стать до такой степени привычным, чтобы работа шла безопасно, даже если внимание оператора временно ослабнет. 
      
В период обучения важно выработать прямую осанку, умение правильно устанавливать и снимать зажимной патрон, точно и надежно закреплять заготовки. Необходимо освоить приемы обращения с напильником, шабером, шлифовальной шкуркой. 
      
Рабочие должны быть информированы об опасности травм, которые могут произойти при выверке заготовки, проверке, регулировке и чистке станка. 
      
Техническое обслуживание и ремонт 
Станки должны регулярно проходить техническое обслуживание и смазываться. Повреждения надо исправлять немедленно. Если поломка грозит безопасности рабочего, станок должен быть остановлен и пущен только после устранения неисправности. 
Ремонт и техническое обслуживание следует производить только после отключения станка от источника электропитания.