Устройство сверлильного станка: конструкция, узлы и принцип работы

Что такое сверлильный станок

Сверлильный станок входит в группу металлорежущего оборудования и предназначен для точной обработки отверстий в заготовках разнообразной конфигурации и массы. Его принципиальное преимущество перед ручным электроинструментом — фиксированная ось резания, стабильно воспроизводимый результат и точная настройка режимов под материал заготовки.

В основе формообразования лежат два совместных движения: вращение шпинделя с инструментом и его осевое перемещение в тело заготовки. Помимо сверления, правильно оснащённый станок выполняет:

·        рассверливание — увеличение диаметра готового отверстия;

·        зенкерование — улучшение геометрии и чистоты поверхности для посадочных отверстий;

·        развёртывание — финишная операция с точностью 6–8 квалитета;

·        нарезание внутренней резьбы машинными метчиками;

·        зенкование торцов и снятие фасок.

По конструктивной компоновке оборудование делится на стационарные станки (вертикально-сверлильные, радиально-сверлильные, координатные, многошпиндельные) и мобильные — магнитные сверлильные станки, которые доставляются к месту обработки заготовки.

Принцип работы сверлильного станка

Вращение от двигателя передаётся через ременную или зубчатую передачу и редуктор к шпинделю. Подача реализуется вручную рычагом или автоматически с помощью коробки подач. При обработке металлов в зону резания подают смазочно-охлаждающую жидкость — она снижает температуру на кромках и выносит стружку из отверстия.

Важно! При выходе сверла из сквозного отверстия снижайте усилие подачи. Резкое проваливание инструмента вызывает вырыв заусенца и заклинивание сверла.

Основные узлы конструкции

[СХЕМА 1: Общая схема вертикально-сверлильного станка с пронумерованными узлами. Alt: «Схема устройства вертикально-сверлильного станка: станина, колонна, шпиндельная головка, рабочий стол»]

Станина и основание

Станина воспринимает все силовые нагрузки при резании и подавляет вибрации. Для стационарных станков её отливают из чугуна СЧ20 или СЧ25. Жёсткость станины определяет погрешность формы отверстия: даже небольшой прогиб несущей системы приводит к овальности или отклонению оси. У магнитного сверлильного станка роль несущей базы берёт на себя электромагнитная плита, которая притягивается к обрабатываемой стальной конструкции.

Шпиндель и патрон

Шпиндель — полый вал на прецизионных подшипниках качения. На стационарных станках применяют конус Морзе, на магнитных — стандарт Weldon: хвостовик с боковой лыской, затягиваемый прижимным винтом. Это позволяет быстро менять корончатые свёрла без вывода шпинделя из нулевого положения.

Рабочий стол и приспособления

Стол стационарного станка оснащают Т-образными пазами для крепления заготовки. Деталь фиксируют машинными тисками, прихватами или специальным кондуктором — выбор приспособления зависит от формы и массы заготовки. На настольных моделях функцию рабочей поверхности иногда выполняет обычный верстак, к которому крепится колонна станка.

Механизм подачи

Пиноль перемещается по зубчатой рейке: шестерня на вале рукоятки входит в зацепление с рейкой на гильзе шпинделя. На автоматических моделях вместо рукоятки устанавливается коробка подач с регулируемой скоростью. На магнитном сверлильном станке применяется та же реечная передача.

Виды сверлильных станков

Вертикально-сверлильные

Самый распространённый тип станков в единичном и мелкосерийном производстве. Коробка скоростей обеспечивает 12–16 ступеней вращения. Широко применяемые модели — 2Н125 (до 25 мм), 2Н135 (до 35 мм), 2Н150 (до 50 мм).

Радиально-сверлильные

Шпиндельная головка перемещается вдоль горизонтального рукава и разворачивается вокруг колонны — позволяет обрабатывать крупные неподвижные заготовки без переустановок. Характерные модели — 2М55, 2А554.

Магнитные сверлильные станки

Магнитный сверлильный станок крепится на металлическую поверхность через электромагнитное основание. Принципиальная особенность: станок приносят к детали, а не деталь доставляют к станку. Такое оборудование незаменимо при монтаже металлоконструкций, судоремонте, работах на мостах и крупногабаритной технике.

Координатно-сверлильные

Крестовый стол с точными координатными перемещениями обеспечивает позиционирование с погрешностью до единиц микрометров. Область применения — инструментальное производство, приборостроение.

Многошпиндельные

Несколько шпинделей работают одновременно за один рабочий ход. Типичные модели — 3Г88, 2М57 — оптимальны для массового производства заготовок из разных материалов.

Сверлильный станок среди других станков

Сверлильный станок — лишь один из представителей большой группы металлорежущего оборудования. У каждого типа станков своя ось формообразования и назначение, поэтому на практике их часто применяют совместно, на разных этапах обработки одной заготовки.

Некоторые операции пересекаются: например, зенкерование и развёртывание выполняют и на сверлильном, и на расточном оборудовании. Выбор конкретного станка на производстве определяется формой заготовки, требуемой точностью и серийностью выпуска.

Устройство магнитного сверлильного станка

Магнитный сверлильный станок — компактный агрегат, фиксируемый на ферромагнитной поверхности посредством электромагнитного основания. Такое оборудование доставляется к месту обработки: на строительную площадку, палубу судна, пролётную балку моста или кузов тяжёлой техники.

[СХЕМА 2: Схема магнитного сверлильного станка с пронумерованными узлами. Alt: «Устройство магнитного сверлильного станка: электромагнитное основание, корпус-суппорт, сверлильная головка, панель управления»]

Электромагнитное основание

Электромагнитное основание формирует силу удержания, прижимающую корпус станка к металлоконструкции. Обмоточные катушки на стальном сердечнике при прохождении тока намагничиваются и притягиваются к ферромагнитному материалу заготовки. Сила удержания у компактных моделей — 7 000–9 000 Н, у промышленных достигает 12 500–26 000 Н.

Минимальная допустимая толщина металла под основанием — 6–10 мм: при меньших значениях магнитный поток не замыкается полностью. Зона крепления должна быть очищена от окалины и слоёв краски. Современные станки оснащают тремя системами:

·        ESB (Energy Saving Base) — снижает ток магнита на 50% в паузах между циклами;

·        MFSC (Magnetic Field Shape Control) — компенсирует неплотное прилегание к неровной металлоконструкции;

·        MPAC (Magnetic Power Adhesion Control) — измеряет усилие сцепления и блокирует запуск двигателя при его нехватке.

Важно! Электромагнит удерживает станок только при наличии питания. На высоте обязательно закрепляйте страховочную цепь или ремень через рукоятку корпуса.

Сверлильная головка — привод и шпиндель

Сверлильная головка объединяет двигатель, редуктор и шпиндельный узел в единый моноблок. Мощность привода — 850–2000 Вт, частота вращения шпинделя под нагрузкой — 40–640 об/мин. Стандартная посадка — Weldon 19 мм; для мощных машин — Weldon 32 мм или конус Морзе 2/3.

Механизм подачи

Осевое перемещение инструмента выполняется вручную через рукоятки, рассчитанные на любое пространственное положение станка. Реечная передача — шестерня-рейка — та же, что и на стационарном оборудовании. Ход шпинделя — 65–255 мм в зависимости от класса машины. На премиальных моделях реализована автоматическая подача с регулируемой скоростью.

Панель управления и системы безопасности

Запуск двигателя невозможен без активного магнита. Электронный блок постоянно контролирует параметры питания и ток основания.

Система охлаждения

Охлаждающая жидкость поступает через осевой канал центрирующего штифта прямо в зону резания. Штифт одновременно центрирует коронку, открывает клапан подачи жидкости и выталкивает сердцевину-шайбу по завершении прохода. Встроенный бачок ёмкостью 0,5–1,0 л размещается на корпусе головки или боковой стойке.

Корончатое сверление

Корончатое сверление — метод получения отверстий, при котором инструмент работает только по кольцевому контуру, оставляя центральную часть заготовки нетронутой. Это даёт производительность в 3–5 раз выше, чем у спирального сверла, при меньших усилиях резания и чистой поверхности отверстия. Диапазон диаметров серийных коронок — 12–130 мм, глубина за один проход — до 75–110 мм.

[СХЕМА 3: Конструкция корончатого сверла со штифтом. Alt: «Устройство корончатого сверла для магнитного станка: режущие зубья, хвостовик Weldon, центрирующий штифт, стружечные канавки»]

По материалу изготовления инструмент делится на три класса: HSS M2 — для конструкционных сталей; HSS M42 с кобальтом — для закалённых и легированных марок; TCT с твердосплавными напайками — для нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов.

Важно! Кольцевое сверление без охлаждающей жидкости допустимо лишь на малых скоростях. Перегрев режущих кромок вызывает отпуск закалки и необратимое затупление инструмента.

Подробно о технологии и подборе коронок под материал — Выбор корончатого сверла по металлу по типу материала.

+299
В сравнение
Сверло корончатое по металлу HSS Bohre 23х55
Тип сверла: Сверло из быстрорежущей стали HSS
Ø сверления: 23 мм
↕ сверления: 55 мм
2 986 ₽
В наличии: 298 шт.
В корзину
–
+
Быстрый заказ

+324
В сравнение
Сверло корончатое по металлу HSS Bohre 30х30
Тип сверла: Сверло из быстрорежущей стали HSS
Ø сверления: 30 мм
↕ сверления: 30 мм
3 235 ₽
В наличии: 124 шт.
В корзину
–
+
Быстрый заказ

+380
В сравнение
Сверло корончатое по металлу TCT Bohre 18х55
Тип сверла: Сверло с напаянными твердосплавными пластинами TCT
Ø сверления: 18 мм
↕ сверления: 55 мм
3 800 ₽
В наличии: 302 шт.
В корзину
–
+
Быстрый заказ

+468
В сравнение
Сверло корончатое по металлу TCT Bohre 25х55 TiAIN
Тип сверла: Сверло TCT с покрытием TiAIN
Ø сверления: 25 мм
↕ сверления: 55 мм
4 682 ₽
В наличии: 5 шт.
В корзину
–
+
Быстрый заказ

Типы приводов

Магнитные сверлильные станки выпускаются с четырьмя вариантами привода. Выбор определяется условиями и регуляторными требованиями объекта.

Электрические модели занимают свыше 90% рынка такого оборудования. Пневматические станки — единственный допустимый вариант в зонах ATEX.

Подробно о выборе типа привода под условия эксплуатации — в отдельной статье.

Магнитный станок и стационарный станок

Алгоритм выбора:

1.  Деталь весит свыше 500 кг или длина превышает 2 м → магнитный станок.

2.   Работы за пределами цеха, на судне или мосту → магнитный станок.

3.  Нужно сверлить горизонтально, в наклоне или в потолок → магнитный станок.

4.   Серийная обработка небольших деталей с жёсткими допусками в цеху → стационарный станок.

Подробный разбор критериев — Как выбрать сверлильный станок на магнитном основании.

Области применения

Магнитные сверлильные станки занимают нишу там, где заготовка не поддаётся транспортировке к стационарному оборудованию: строительство металлоконструкций, судостроение и судоремонт, мостостроение, энергетика, железнодорожная отрасль (сверление стыковых накладок и рельсов), нефтегазовая промышленность и сервис тяжёлой техники. Во всех этих случаях станок доставляют к объекту и крепят прямо на обрабатываемую конструкцию — пролётную балку, шпангоут судна или опору ЛЭП.

Подробно об отраслевых задачах и специализированных моделях — в отдельной статье.

Алгоритм выбора для закупщика B2B

Подробный алгоритм с разбором производственных сценариев — в отдельной статье «Как выбрать сверлильный станок».

Глоссарий технических характеристик

Часто задаваемые вопросы

• Из каких основных частей состоит сверлильный станок?

  Несущая станина или электромагнитное основание, вертикальная колонна или корпус-суппорт, шпиндельный блок с патроном, приводной электродвигатель, система передачи вращения, механизм осевой подачи, рабочий стол или система позиционирования, контур охлаждения и панель управления.

• Каков принцип работы магнитного сверлильного станка?

  Включённый электромагнит притягивает основание к стальной поверхности с усилием 7 000–26 000 Н. Система MPAC подтверждает надёжное сцепление и разрешает запуск двигателя. Далее оператор подаёт вращающийся инструмент в металл через ручной механизм подачи.

• Чем магнитный станок конструктивно отличается от вертикально-сверлильного?

  Стационарный станок базирует деталь на рабочем столе; магнитный фиксируется на самой детали. Следствие: магнитный станок допускает сверление в любом пространственном положении при любых габаритах конструкции.

• Как работает электромагнитное основание?

  Ток через обмоточные катушки намагничивает стальной сердечник. Магнитное поле замыкается через обрабатываемую конструкцию и создаёт силу притяжения 7 000–26 000 Н. Системы ESB и MFSC оптимизируют ток и форму поля в зависимости от режима и качества металла.

• Что такое корончатое кольцевое сверление?

  Метод формирования отверстий: коронка снимает металл только по контуру будущего отверстия. Производительность выше в 3–5 раз по сравнению со спиральным сверлом. Диапазон диаметров серийных коронок — 12–130 мм.

• Какие приводы используют в магнитных станках?

  Четыре типа: электрический сетевой (более 90% рынка), пневматический (зоны ATEX), гидравлический (специальные задачи), аккумуляторный (автономная работа).

• Возможна ли работа магнитного станка на нержавеющей стали?

  Зависит от марки. Аустенитные сплавы типа AISI 304 слабо магнитны: сила удержания снижается, требуется дополнительная механическая страховка и индивидуальная оценка применимости.

• Какая минимальная толщина металла нужна для работы магнитного станка?

  Нижняя граница — 6–10 мм. При меньших значениях магнитный поток не замыкается полностью и усилие удержания падает до небезопасного уровня.

• Что такое системы MPAC, ESB и MFSC?

  MPAC измеряет силу сцепления и запрещает запуск при её нехватке; ESB снижает ток магнита на 50% во время простоя двигателя; MFSC перераспределяет поток, компенсируя зазоры при неплотном прилегании к неровным поверхностям.

• Можно ли работать магнитным станком в потолочном положении?

  Да. Станок удерживается на горизонтальной, вертикальной и потолочной поверхностях. Обязательное условие — страховочный ремень или цепь на случай аварийного обесточивания.

• Как выбрать между стационарным и магнитным станком?

  Магнитный станок предпочтителен для крупных и неподвижных конструкций, работы вне цеха и нестандартного направления сверления. Стационарный станок оптимален для точной серийной обработки заготовок в цеховых условиях.

• В каких отраслях наиболее востребованы магнитные станки?

  Строительство металлоконструкций, судостроение, мостостроение, энергетика, железнодорожная отрасль, нефтегаз, сервис тяжёлой техники и полевой ремонт специального оборудования.